KR20240046048A - Cathode composition, cathode and secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단입자 형태의 제1 양극활물질; 상기 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상인 제2 양극활물질; 바인더; 및 도전재를 포함하는 양극 조성물, 이를 포함하는 양극 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention provides a first positive electrode active material in the form of a single particle; a second positive electrode active material having a particle size larger than that of the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more; bookbinder; and a positive electrode composition containing a conductive material, and a positive electrode and secondary battery containing the same.

Description

양극 조성물, 양극 및 이차전지{CATHODE COMPOSITION, CATHODE AND SECONDARY BATTERY}Cathode composition, cathode and secondary battery {CATHODE COMPOSITION, CATHODE AND SECONDARY BATTERY}

본 출원은 2022년 9월 30일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0125359호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit of the filing date of Korean Patent Application No. 10-2022-0125359 filed with the Korea Intellectual Property Office on September 30, 2022, the entire contents of which are incorporated into this specification.

본 발명은 양극 조성물, 양극 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to positive electrode compositions, positive electrodes, and secondary batteries.

이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전 기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. Secondary batteries are universally applied not only to portable devices but also to electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HEVs) that are driven by an electrical drive source.

이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.These secondary batteries not only have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also have the advantage of not generating any by-products due to energy use, so they are attracting attention as a new energy source to improve eco-friendliness and energy efficiency.

일반적으로 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막 및 전해질 등을 포함한다. 또한, 양극 및 음극과 같은 전극은 집전체 상에 구비된 전극활물질층을 가질 수 있다. Generally, secondary batteries include a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte. Additionally, electrodes such as positive electrodes and negative electrodes may have an electrode active material layer provided on a current collector.

이차전지의 활용도가 증가함에 따라, 다양한 전지 성능이 요구되고 있다. 예컨대, 고용량 전지 개발을 위하여 음극에 실리콘계 활물질의 적용이 시도되고 있으나, 실리콘계 활물질의 경우 초기 비가역이 큰 문제가 있다. 전지 성능의 개선을 위하여 상기 양극 또는 음극의 성분을 조절하거나 첨가제의 첨가하는 시도가 이루어지고 있으나, 잘못된 재료의 조합은 최종 전지에서의 성능에 오히려 악영향을 미칠 수도 있다. 이에, 양극 또는 음극의 재료의 조합에 따른 전지 성능 개선의 연구가 필요하다. As the utilization of secondary batteries increases, various battery performances are required. For example, attempts are being made to apply silicon-based active materials to negative electrodes to develop high-capacity batteries, but silicon-based active materials have a major problem of initial irreversibility. Attempts have been made to adjust the components of the positive or negative electrode or add additives to improve battery performance, but the wrong combination of materials may have a negative effect on the performance of the final battery. Accordingly, research on improving battery performance according to the combination of anode or cathode materials is necessary.

본 발명은 실리콘계 활물질을 사용하는 음극과 사용시 음극의 비가역 용량을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 고 에너지 밀도의 전극을 구현하고, 전해액과의 반응에 의한 가스 발생 문제를 개선할 수 있는 양극 조성물, 양극 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하고자 한다. The present invention provides a cathode composition and cathode that not only provides irreversible capacity of the cathode when used with a cathode using a silicon-based active material, but also realizes an electrode with high energy density and improves the problem of gas generation due to reaction with an electrolyte solution. and a secondary battery including the same.

본 발명의 일 실시상태는 단입자 형태의 제1 양극활물질; 상기 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상인 제2 양극활물질; 바인더; 및 도전재를 포함하는 양극 조성물을 제공한다. One embodiment of the present invention includes a first positive electrode active material in the form of a single particle; a second positive electrode active material having a particle size larger than that of the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more; bookbinder; and a conductive material.

본 발명의 또 하나의 실시상태는 집전체; 및 상기 집전체 상에 구비되고, 전술한 실시상태에 따른 양극 조성물을 포함하는 양극활물질층을 포함하는 이차전지용 양극을 제공한다. Another embodiment of the present invention is a current collector; and a positive electrode active material layer provided on the current collector and containing the positive electrode composition according to the above-described embodiment.

본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태에 따른 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차전지를 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a secondary battery including an anode, a cathode, and a separator according to the above-described embodiment.

본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 음극은 실리콘계 활물질을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the negative electrode includes a silicon-based active material.

본 명세서에 기재된 실시상태들에 따르면, 양극활물질로서 단입자 형태인 제1 양극활물질과 함께 입자강도가 큰 제2 양극활물질을 함께 사용함으로써 고밀도를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 저효율을 달성할 수 있다. 구체적으로, 저효율 특성을 갖기 때문에 실리콘계 활물질을 사용하는 음극과 사용시 음극의 비가역 용량을 제공할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 양극활물질에 의하여 압연시 입자 깨짐에 의한 미분 발생을 억제할 수 있으므로 비표면적의 증가를 방지하여 전해액과의 반응에 의한 가스 발생 문제를 개선할 수 있다. 또한, 상기와 같이 압연시의 문제를 개선할 수 있으므로, 압연밀도를 높일 수 있고, 이에 의하여 고에너지 밀도를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 양극 두께를 저감시켜 급속 충전 성능을 개선할 수 있다. According to the embodiments described in this specification, not only high density but also low efficiency can be achieved by using a first positive electrode active material in the form of single particles together with a second positive electrode active material with high particle strength as the positive electrode active material. Specifically, because it has low efficiency characteristics, it can provide irreversible capacity of the cathode when used with a cathode using a silicon-based active material. In addition, the first and second cathode active materials can suppress the generation of fine powder due to particle breakage during rolling, thereby preventing an increase in specific surface area and improving the problem of gas generation due to reaction with the electrolyte solution. In addition, since problems during rolling can be improved as described above, the rolling density can be increased, thereby not only realizing high energy density, but also improving rapid charging performance by reducing the anode thickness.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 이때, 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 more detail to facilitate understanding of the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. At this time, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or a combination thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof.

또한, 층 등의 어떤 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Additionally, when a part of a layer, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “right above” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between. In addition, being “on” or “on” a standard part means being located above or below the standard part, and it necessarily means being “on” or “on” the direction opposite to gravity. no.

본 명세서에 있어서, 입경은 D50으로 표시되는 평균 입경을 의미한다. D50은 입자크기 분포의 50% 기준에서의 입자 크기로 정의될 수 있으며, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질의 평균 입경(D50)의 측정 방법은, 양극활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어, Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 측정 장치에 있어서의 체적 누적량의 50%에 해당하는 평균 입경(D50)을 산출할 수 있다. In this specification, particle size means the average particle size expressed as D 50 . D 50 can be defined as the particle size based on 50% of the particle size distribution and can be measured using a laser diffraction method. For example, the method for measuring the average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material is to disperse the particles of the positive electrode active material in a dispersion medium and then introduce them into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (e.g., Microtrac MT 3000) to measure approximately After irradiating 28 kHz ultrasonic waves with an output of 60 W, the average particle diameter (D 50 ) corresponding to 50% of the volume accumulation in the measuring device can be calculated.

본 명세서에 있어서, '1차 입자'란 주사형 전자 현미경을 이용하여 5000배 내지 20000배의 시야에서 관찰하였을 때 외관상 입계가 존재하지 않는 입자를 의미한다. In this specification, 'primary particle' refers to a particle that does not appear to have grain boundaries when observed at a field of view of 5,000 to 20,000 times using a scanning electron microscope.

본 명세서에 있어서, '2차 입자'란 상기 1차 입자가 응집되어 형성된 입자이다.In this specification, 'secondary particles' are particles formed by agglomerating the primary particles.

본 명세서에 있어서, 단입자는, 종래에 일반적으로 사용되었던 수십 ~ 수백개의 1차 입자들이 응집하여 형성되는 2차 입자 형태의 양극활물질 입자와 구별하기 위해 사용되는 용어로, 1개의 1차 입자로 이루어진 단일 입자와 10개 이하의 1차 입자의 응집체 입자를 포함하는 개념이다. In this specification, single particle is a term used to distinguish from positive electrode active material particles in the form of secondary particles formed by the agglomeration of tens to hundreds of primary particles commonly used in the past, and consists of one primary particle. It is a concept that includes single particles and aggregate particles of 10 or less primary particles.

본 명세서에 있어서, '입자'라고 기재하는 경우에는 단입자, 2차 입자, 1차 입자 중 어느 하나 또는 모두가 포함되는 의미일 수 있다.In this specification, when referring to 'particle', it may mean that any one or all of single particles, secondary particles, and primary particles are included.

본 명세서의 일 실시상태에 따른 양극 조성물은 단입자 형태의 제1 양극활물질; 상기 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상인 제2 양극활물질; 바인더; 및 도전재를 포함한다. The positive electrode composition according to an exemplary embodiment of the present specification includes a first positive electrode active material in the form of a single particle; a second positive electrode active material having a particle size larger than that of the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more; bookbinder; and conductive materials.

본 명세서에서 단입자 형태의 제1 양극활물질은 편의상 소립경 양극활물질로 언급될 수 있고, 상기 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상인 제2 양극활물질은 대립경 양극활물질로 언급될 수 있다. In this specification, the first positive electrode active material in the form of single particles may be referred to as a small particle diameter positive electrode active material for convenience, and the second positive electrode active material having a particle size larger than the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more may be referred to as a large diameter positive electrode active material. You can.

상기 실시상태에 있어서, 소립경 양극활물질로서 단입자 형태를 사용함으로써 리튬 경로(Li pathway)를 길게 하여 효율을 저감시킬 수 있다. 또한, 압연밀도가 우수한 단입자를 적용함으로써 고밀도 전극을 구현할 수 있으며, 탭밀도가 우수한 단입자를 적용함으로써 압연율을 개선하여 입자 깨짐에 의한 미분 발생을 억제할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제1 양극활물질은 탭 밀도(tap density)가 2 g/cc 이상, 예컨대 2 g/cc 이상 30 g/cc 이하이다. 일 예에 따르면, 상기 제1 양극활물질은 압연밀도가 3 g/cc 이상, 예컨대 3 g/cc 이상 30 g/cc 이하이다. In the above embodiment, by using a single particle form as a small-diameter positive electrode active material, the lithium pathway can be lengthened and efficiency can be reduced. In addition, by applying single particles with excellent rolling density, a high-density electrode can be realized, and by applying single particles with excellent tap density, the rolling rate can be improved and the generation of fine powder due to particle breakage can be suppressed. According to one example, the first positive electrode active material has a tap density of 2 g/cc or more, for example, 2 g/cc or more and 30 g/cc or less. According to one example, the first positive electrode active material has a rolling density of 3 g/cc or more, for example, 3 g/cc or more and 30 g/cc or less.

상기 탭밀도는 일정한 조건으로 진동시켜 얻어지는 입자의 겉보기 밀도로서, 탭밀도 시험기(KYT-5000, Seishin社)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 압연밀도는 분체 저항 특성 장치 HPRM-1000 (HAN TECH CO.)를 이용하여 2,000kgf/cm2의 힘으로 압연 시의 압연밀도로 측정할 수 있다. The tap density is the apparent density of particles obtained by vibrating under certain conditions, and can be measured using a tap density tester (KYT-5000, Seishin). The rolling density can be measured as the rolling density when rolling with a force of 2,000 kgf/cm 2 using a powder resistance characteristic device HPRM-1000 (HAN TECH CO.).

상기 실시상태에 있어서, 상기 제2 양극활물질은 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상이다. 상기 제2 양극활물질의 입자강도는 바람직하게는 180 Mpa 이상일 수 있다. 상기 제2 양극활물질의 입자강도는 높을수록 유리하나, 예컨대 600 Mpa 이하일 수 있다. In the above embodiment, the second positive electrode active material has a larger particle size than the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more. The particle strength of the second positive electrode active material may preferably be 180 Mpa or more. The higher the particle strength of the second positive electrode active material is, the more advantageous it is, but for example, it may be 600 Mpa or less.

상기 입자강도는 플레이트 위에 입자를 놓은 후 압축힘을 증가시키며 입자가 파괴될 때의 힘을 말하며, Micro Compression Testing Machine(Shimadzu社, MCT-W500)을 이용하여 측정할 수 있다. The particle strength refers to the force when the particle is destroyed by increasing the compression force after placing the particle on the plate, and can be measured using a Micro Compression Testing Machine (Shimadzu, MCT-W500).

일 실시상태에 따르면, 기 제1 양극활물질의 입자강도는 150 Mpa 이상, 바람직하게는 180 Mpa 이상 250Mpa 미만이다. 제1 양극활물질의 입자강도가 250Mpa이상일 경우, 압연특성이 열위해질 수 있다.According to one embodiment, the particle strength of the first positive electrode active material is 150 Mpa or more, preferably 180 Mpa or more and less than 250 Mpa. If the particle strength of the first positive electrode active material is 250 Mpa or more, rolling characteristics may be inferior.

일 실시상태에 따르면, 상기 제2 양극활물질은 2차 입자 형태일 수 있으며, 이 경우 2차 입자의 입경이 제1 양극활물질의 단입자 입경 보다 크다. 제2 양극활물질은 2차 입자인 경우에도 전술한 바와 같이 입자강도가 150 Mpa 이상이므로, 단입자 형태인 제1 양극활물질과 혼합된 전극의 압연시에도 입자 깨짐이 완화되어 미분 발생이 억제되어 가스 발생이 개선된다. 대립경 양극활물질의 입자강도는 양극활물질의 제조시 소성 조건, 예컨대 소성 시간이나 온도를 제어함으로써 조절될 수 있다.According to one embodiment, the second positive electrode active material may be in the form of secondary particles, in which case the particle size of the secondary particles is larger than the single particle particle size of the first positive electrode active material. Even when the second positive electrode active material is a secondary particle, the particle strength is over 150 Mpa as described above. Therefore, even during rolling of an electrode mixed with the first positive electrode active material in the form of single particles, particle breakage is alleviated and the generation of fine powder is suppressed, thereby suppressing the gas. Occurrence is improved. The particle strength of the large-diameter positive electrode active material can be adjusted by controlling firing conditions, such as firing time or temperature, when manufacturing the positive electrode active material.

일 실시상태에 따르면, 상기 제1 양극활물질의 D50은 1 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 상기 제2 양극활물질의 D50은 8 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 제2 양극활물질은 상기 제1 양극활물질에 비하여 입경이 3 ㎛ 내지 15 ㎛, 예컨대 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 더 클 수 있다. 상기 제1 및 제2 양극활물질의 입경 차이가 3~15㎛일 경우 입자 깨짐이 개선되어 미분발생 및 가스발생을 개선하는데 이점이 있다.According to one embodiment, D 50 of the first positive electrode active material may be 1 ㎛ to 10 ㎛, and D 50 of the second positive electrode active material may be 8 ㎛ to 20 ㎛. The second positive electrode active material may have a particle size larger than the first positive electrode active material by 3 ㎛ to 15 ㎛, for example, 5 ㎛ to 10 ㎛. When the difference in particle size between the first and second positive electrode active materials is 3 to 15㎛, particle breakage is improved, which is advantageous in improving fine powder and gas generation.

일 실시상태에 따르면, 상기 제1 양극활물질과 상기 제2 양극활물질의 중량비는 1:9 내지 9:1, 구체적으로 3:7 내지 7:3 일 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 양극활물질 함량이 3:7 내지 7:3 일 경우 전극의 압연특성이 개선되어 고밀도 전극을 구현하는데 이점이 있다.According to one embodiment, the weight ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material may be 1:9 to 9:1, specifically 3:7 to 7:3. In particular, when the content of the first and second positive electrode active materials is 3:7 to 7:3, the rolling characteristics of the electrode are improved, which is advantageous in implementing a high-density electrode.

일 실시상태에 따르면, 상기 제1 양극활물질과 상기 제2 양극활물질은 각각 니켈 (Ni) 및 코발트 (Co)를 포함하는 리튬 복합 전이금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 복합 전이금속 화합물은 망간 및 알루미늄 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 리튬 복합 전이금속 화합물은 리튬을 제외한 금속 중 니켈을 80 몰% 이상, 예컨대 80몰% 이상 100 몰% 미만 포함하는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 리튬 복합 전이금속 화합물은 LiaNi(1-x-y)CoxM1yM2wO2 (1.0≤a≤1.5, 0≤x≤0.2, 0≤y≤0.2, 0≤w≤0.1, 0≤x+y≤0.2, M1은 Mn 또는 Al 중 적어도 1종 이상의 금속이고, M2은 Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb 및 Mo으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 원소임)로 표시되는 양극활물질일 수 있다.According to one embodiment, the first cathode active material and the second cathode active material may each include a lithium composite transition metal compound containing nickel (Ni) and cobalt (Co). The lithium composite transition metal compound may further include at least one of manganese and aluminum. The lithium complex transition metal compound may contain 80 mol% or more of nickel among metals other than lithium, for example, 80 mol% or more and less than 100 mol%. For example, the lithium composite transition metal compound is Li a Ni (1-xy) Co x M1 y M2 w O 2 (1.0≤a≤1.5, 0≤x≤0.2, 0≤y≤0.2, 0≤w≤0.1, 0≤x+y≤0.2, M1 is at least one metal selected from Mn or Al, and M2 is one or more metal elements selected from the group consisting of Ba, Ca, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, and Mo) It may be a positive electrode active material represented by .

일 실시상태에 따르면, 상기 제1 및 제2 양극활물질 중 하나 또는 둘 다는 표면의 적어도 일부에 구비된 코발트 산화물층을 더 포함할 수 있다. 상기 코발트 산화물층의 코발트 원료는 활물질 표면의 잔류 리튬과 반응함으로써 리튬 코발트 산화물을 포함할 수도 있다. 이 경우, 활물질 표면의 잔류 리튬을 감소시키는 효과를 나타낼 수 있고, 리튬 코발트 산화물의 우수한 리튬 이온전도도로 인하여 출력개선의 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 코발트 산화물층은 활물질 표면에 존재함으로써 전해액과의 부반응을 감소시킬 수 있다. According to one embodiment, one or both of the first and second positive electrode active materials may further include a cobalt oxide layer provided on at least a portion of the surface. The cobalt raw material of the cobalt oxide layer may contain lithium cobalt oxide by reacting with residual lithium on the surface of the active material. In this case, it can have the effect of reducing residual lithium on the surface of the active material and can have the effect of improving output due to the excellent lithium ion conductivity of lithium cobalt oxide. Additionally, the cobalt oxide layer can reduce side reactions with the electrolyte solution by existing on the surface of the active material.

본 명세서의 추가의 실시상태에 따르면, 상기 양극 바인더는 양극활물질 입자들 간의 부착 및 양극활물질 입자들과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 양극 바인더로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있으며, 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. According to a further embodiment of the present specification, the positive electrode binder may serve to improve adhesion between positive electrode active material particles and adhesion between the positive electrode active material particles and the positive electrode current collector. The anode binder may be those known in the art, and non-limiting examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), and polyvinylidene fluoride (PVDF). Alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene. -Propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, etc., of which one type alone or a mixture of two or more types may be used. .

상기 양극 바인더는 상기 양극활물질층 100 중량부 기준 0.1 중량부 이상 50 중량부 이하로 포함될 수 있으며, 예컨대 바람직하게는 0.3 중량부 이상 35 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함될 수 있다.The positive electrode binder may be included in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material layer, for example, preferably 0.3 to 35 parts by weight, more preferably 0.5 to 20 parts by weight. can be included.

상기 양극활물질층에 포함되는 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 전지 내에서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The conductive material included in the positive electrode active material layer is used to provide conductivity to the electrode, and can be used without particular restrictions as long as it does not cause chemical changes within the battery and has electronic conductivity. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; Metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, etc., of which one type alone or a mixture of two or more types may be used.

구체적으로, 일 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT); 및 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT) 중 1 이상을 포함할 수 있다. 상기 도전재는 상기 양극활물질층용 조성물 100 중량부 기준 0.1 중량부 이상 2 중량부 이하로 포함될 수 있으며, 예컨대 바람직하게는 0.3 중량부 이상 1.5 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이상 1.2 중량부 이하로 포함될 수 있다.Specifically, in one embodiment, the conductive material is a single-walled carbon nanotube (SWCNT); and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The conductive material may be included in an amount of 0.1 parts by weight or more and 2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the composition for the positive electrode active material layer, for example, preferably 0.3 parts by weight or more and 1.5 parts by weight or less, more preferably 0.5 parts by weight or more and 1.2 parts by weight or less. can be included.

본 명세서의 추가의 실시상태에 따르면, 집전체; 및 상기 집전체 상에 구비되고, 전술한 양극 조성물을 포함하는 양극활물질층을 포함하는 이차전지용 양극을 제공한다. 상기 양극활물질층의 두께는 20μm 이상 500μm 이하일 수 있다.According to a further embodiment of the present specification, a current collector; and a positive electrode active material layer provided on the current collector and containing the above-described positive electrode composition. The thickness of the positive electrode active material layer may be 20 μm or more and 500 μm or less.

일 실시상태에 따르면, 상기 양극활물질층 중 입경이 1 ㎛ 이하인 미분이 상기 양극활물질층 100 vol%를 기준으로 5 vol% 이하, 바람직하게는 3 vol% 이하, 더욱 바람직하게는 1 vol% 이하이다. 상기 양극활물질층 중의 미분 함량은 압연 전극을 Air 분위기에서 500℃, 5시간 동안 열처리하여 도전재 및 바인더를 제거한 후 양극활물질만 수득하여 레이저 회절법(laser diffraction method)를 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 리튬 복합 전이금속 산화물 분말 또는 양극활물질 분말을 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들면, Microtrac MT 3000)에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사한 후, 체적 누적 입도 분포 그래프를 얻은 후, 1 ㎛ 이하의 체적 누적량을 구함으로써 측정될 수 있다.According to one embodiment, the fine powder having a particle size of 1 μm or less in the positive electrode active material layer is 5 vol% or less, preferably 3 vol% or less, and more preferably 1 vol% or less based on 100 vol% of the positive electrode active material layer. . The fine powder content in the positive electrode active material layer can be measured using a laser diffraction method by heat-treating the rolled electrode in an air atmosphere at 500°C for 5 hours to remove the conductive material and binder, and then obtaining only the positive electrode active material. For example, after dispersing lithium composite transition metal oxide powder or cathode active material powder in a dispersion medium, it is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (e.g. Microtrac MT 3000) and irradiated with ultrasonic waves at about 28 kHz with an output of 60 W. , it can be measured by obtaining a volume cumulative particle size distribution graph and then determining the volume accumulation amount of 1 ㎛ or less.

상기 양극활물질층 100 중량부 중의 양극활물질은 80 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 바람직하게는 90 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 95 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 더더욱 바람직하게는 98 중량부 이상 99.9 중량부 이하로 포함될 수 있다. The positive electrode active material in 100 parts by weight of the positive electrode active material layer is 80 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or less, preferably 90 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or less, more preferably 95 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or less, and even more preferably 98 parts by weight. It may contain more than 99.9 parts by weight and less than 99.9 parts by weight.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 1 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon, nickel, titanium on the surface of aluminum or stainless steel. , surface treated with silver, etc. may be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 1 to 500㎛, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesion of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.

본 명세서의 추가의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차전지를 제공한다. Additional embodiments of the present specification provide a secondary battery including an anode, a cathode, and a separator according to the above-described embodiments.

상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 상에 구비된 음극활물질층을 포함할 수 있다. The negative electrode may include a current collector and a negative electrode active material layer provided on the current collector.

일 실시상태에 따르면, 상기 음극은 실리콘계 활물질을 포함한다. According to one embodiment, the negative electrode includes a silicon-based active material.

상기 실리콘계 활물질로서 SiOx (0≤x<2)를 포함하는 활물질은 SiOx(0<x<2) 및 기공을 포함하는 실리콘계 복합 입자일 수 있다. The silicon-based active material containing SiO x (0≤x<2) may be a silicon-based composite particle including SiO x (0<x<2) and pores.

상기 SiOx(0<x<2)는 상기 실리콘계 복합 입자 내에서 매트릭스(matrix)에 해당한다. 상기 SiOx(0<x<2)는 Si 및 SiO2가 포함된 형태일 수 있으며, 상기 Si는 상(phase)을 이루고 있을 수도 있다. 즉, 상기 x는 상기 SiOx(0<x<2) 내에 포함된 Si에 대한 O의 개수비에 해당한다. 상기 실리콘계 복합 입자가 상기 SiOx(0<x<2)를 포함하는 경우, 이차 전지의 방전 용량이 개선될 수 있다. The SiO x (0<x<2) corresponds to a matrix within the silicon-based composite particles. The SiO x (0<x<2) may be in a form containing Si and SiO 2 , and the Si may be in a phase. That is, x corresponds to the number ratio of O to Si included in the SiO x (0<x<2). When the silicon-based composite particles include the SiO x (0<x<2), the discharge capacity of the secondary battery can be improved.

상기 실리콘계 복합 입자는 Mg 화합물 및 Li 화합물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 Mg 화합물 및 Li 화합물은 상기 실리콘계 복합 입자 내에서 매트릭스(matrix)에 해당할 수 있다.The silicon-based composite particle may further include at least one of an Mg compound and a Li compound. The Mg compound and Li compound may correspond to a matrix within the silicon-based composite particle.

상기 Mg 화합물 및/또는 Li 화합물은 상기 SiOx(0<x<2)의 내부 및/또는 표면에 존재할 수 있다. 상기 Mg 화합물 및/또는 Li 화합물에 의해 전지의 초기 효율이 개선될 수 있다.The Mg compound and/or Li compound may be present inside and/or on the surface of the SiO x (0<x<2). The initial efficiency of the battery may be improved by the Mg compound and/or Li compound.

상기 Mg 화합물은 Mg 실리케이트, Mg 실리사이드 및 Mg 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 Mg 실리케이트는 Mg2SiO4 및 MgSiO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 Mg 실리사이드는 Mg2Si를 포함할 수 있다. 상기 Mg 산화물은 MgO를 포함할 수 있다.The Mg compound may include at least one selected from the group consisting of Mg silicate, Mg silicide, and Mg oxide. The Mg silicate may include at least one of Mg 2 SiO 4 and MgSiO 3 . The Mg silicide may include Mg 2 Si. The Mg oxide may include MgO.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Mg 원소는 상기 실리콘계 활물질 총 100 중량%를 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량%으로 포함될 수 있거나, 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 Mg 원소는 0.5 중량% 내지 8 중량% 또는 0.8 중량% 내지 4 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족할 시 Mg 화합물이 상기 실리콘계 활물질 내에 적절한 함량으로 포함될 수 있는 바, 전지의 충전 및 방전 시 실리콘계 활물질의 부피 변화가 용이하게 억제되며, 전지의 방전 용량 및 초기 효율이 개선될 수 있다. In one embodiment of the present specification, the Mg element may be included in an amount of 0.1% by weight to 20% by weight, or may be included in an amount of 0.1% by weight to 10% by weight based on a total of 100% by weight of the silicon-based active material. Specifically, the Mg element may be included in an amount of 0.5% to 8% by weight or 0.8% to 4% by weight. When the above range is satisfied, the Mg compound can be included in an appropriate amount in the silicon-based active material, so the volume change of the silicon-based active material can be easily suppressed during charging and discharging of the battery, and the discharge capacity and initial efficiency of the battery can be improved.

상기 Li 화합물은 Li 실리케이트, Li 실리사이드 및 Li 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 Li 실리케이트는 Li2SiO3, Li4SiO4 및 Li2Si2O5 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 Li 실리사이드는 Li7Si2를 포함할 수 있다. 상기 Li 산화물은 Li2O를 포함할 수 있다.The Li compound may include at least one selected from the group consisting of Li silicate, Li silicide, and Li oxide. The Li silicate may include at least one of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 and Li 2 Si 2 O 5 . The Li silicide may include Li 7 Si 2 . The Li oxide may include Li 2 O.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, Li 화합물은 리튬 실리케이트 형태를 포함할 수 있다. 상기 리튬 실리케이트는 LiaSibOc(2≤a≤4, 0<b≤2, 2≤c≤5)로 표시되며, 결정질 리튬 실리케이트와 비정질 리튬 실리케이트로 구분될 수 있다. 상기 결정질 리튬 실리케이트는 상기 실리콘계 복합 입자 내에서 Li2SiO3, Li4SiO4 및 Li2Si2O5로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 리튬 실리케이트의 형태로 존재할 수 있으며, 비정질 리튬 실리케이트는 LiaSibOc(2≤a≤4, 0<b≤2, 2≤c≤5)의 형태일 수 있고, 상기 형태에 한정되지는 않는다.In one embodiment of the present invention, the Li compound may include a lithium silicate form. The lithium silicate is expressed as Li a Si b O c (2≤a≤4, 0<b≤2, 2≤c≤5), and can be divided into crystalline lithium silicate and amorphous lithium silicate. The crystalline lithium silicate may exist in the silicon-based composite particle in the form of at least one type of lithium silicate selected from the group consisting of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , and Li 2 Si 2 O 5 , and the amorphous lithium silicate may be Li It may be in the form of a Si b O c (2≤a≤4, 0<b≤2, 2≤c≤5), but is not limited to the above form.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Li 원소는 상기 실리콘계 활물질 총 100 중량%를 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있거나, 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 Li 원소는 0.5 중량% 내지 8 중량%로 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로 0.5 중량% 내지 4 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족할 시 Li 화합물이 상기 실리콘계 활물질 내에 적절한 함량으로 포함될 수 있는 바, 전지의 충전 및 방전 시 음극활물질의 부피 변화가 용이하게 억제되며, 전지의 방전 용량 및 초기 효율이 개선될 수 있다.In one embodiment of the present specification, the Li element may be included in an amount of 0.1% by weight to 20% by weight, or may be included in an amount of 0.1% by weight to 10% by weight based on a total of 100% by weight of the silicon-based active material. Specifically, the Li element may be included in an amount of 0.5% by weight to 8% by weight, and more specifically, it may be included in an amount of 0.5% by weight to 4% by weight. When the above range is satisfied, the Li compound can be included in an appropriate amount in the silicon-based active material, so the change in volume of the negative electrode active material during charging and discharging of the battery can be easily suppressed, and the discharge capacity and initial efficiency of the battery can be improved.

상기 Mg 원소 또는 Li 원소의 함량은 ICP 분석을 통해 확인할 수 있다. 상기 ICP 분석을 위해 음극활물질 일정량(약 0.01 g)을 정확히 분취한 후, 백금 도가니에 옮겨 질산, 불산, 황산을 첨가하여 핫 플레이트에서 완전 분해한다. 이후, 유도플라즈마 발광 분석 분광기(ICPAES, Perkin-Elmer 7300)를 사용하여 Mg 원소 또는 Li 원소 고유 파장에서 표준 용액(5 mg/kg)을 이용하여 조제된 표준액의 강도를 측정하여 기준 검량선을 작성한다. 이 후, 전처리된 시료용액 및 바탕 시료를 기기에 도입하고, 각각의 강도를 측정하여 실제 강도를 산출하고, 상기 작성된 검량선 대비 각 성분의 농도를 계산한 후, 전체의 합이 이론 값이 되도록 환산하여 제조된 실리콘계 활물질의 Mg 원소 또는 Li 원소 함량을 분석할 수 있다.The content of the Mg element or Li element can be confirmed through ICP analysis. For the ICP analysis, a certain amount (about 0.01 g) of the negative electrode active material is accurately separated, transferred to a platinum crucible, and completely decomposed on a hot plate by adding nitric acid, hydrofluoric acid, and sulfuric acid. Then, using an induced plasma luminescence spectrometer (ICPAES, Perkin-Elmer 7300), the intensity of the standard solution (5 mg/kg) prepared using the standard solution (5 mg/kg) is measured at the unique wavelength of the Mg element or Li element, and a standard calibration curve is prepared. . Afterwards, the pretreated sample solution and blank sample are introduced into the device, the intensity of each is measured to calculate the actual intensity, the concentration of each component is calculated compared to the calibration curve prepared above, and then converted so that the sum of all becomes the theoretical value. The Mg element or Li element content of the manufactured silicon-based active material can be analyzed.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 실리콘계 복합 입자의 표면 및/또는 기공 내부에 탄소층이 구비될 수 있다. 상기 탄소층에 의하여, 상기 실리콘계 복합 입자에 도전성이 부여되고, 상기 실리콘계 복합 입자를 포함하는 음극활물질을 포함한 이차전지의 초기 효율, 수명 특성 및 전지 용량 특성이 향상될 수 있다. 상기 탄소층의 총 중량은 상기 실리콘계 복합 입자의 총 100 중량%를 기준으로 5 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present specification, a carbon layer may be provided on the surface and/or inside the pores of the silicon-based composite particle. By the carbon layer, conductivity is imparted to the silicon-based composite particles, and the initial efficiency, lifespan characteristics, and battery capacity characteristics of a secondary battery containing a negative electrode active material containing the silicon-based composite particles can be improved. The total weight of the carbon layer may be 5% to 40% by weight based on a total of 100% by weight of the silicon-based composite particles.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄소층은 비정질 탄소 및 결정질 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the carbon layer may include at least one of amorphous carbon and crystalline carbon.

상기 실리콘계 활물질의 평균 입경(D50)은 2 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 3 ㎛ 내지 12 ㎛일 수 있고, 보다 구체적으로 4 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 실리콘계 복합 입자와 전해액과의 부반응이 제어되며, 전지의 방전 용량 및 초기 효율이 효과적으로 구현될 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the silicon-based active material may be 2 ㎛ to 15 ㎛, specifically 3 ㎛ to 12 ㎛, and more specifically 4 ㎛ to 10 ㎛. When the above range is satisfied, side reactions between the silicon-based composite particles and the electrolyte solution are controlled, and the discharge capacity and initial efficiency of the battery can be effectively implemented.

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

본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 음극 슬러리는 전술한 실리콘계 활물질 외에 추가의 음극 활물질을 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present specification, the negative electrode slurry may further include an additional negative electrode active material in addition to the silicon-based active material described above.

상기 추가의 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOβ (0 < β < 2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 티타늄 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; Si-C 복합체 또는 SnC 복합체와 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물; 탄소계 활물질 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. As the additional negative active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include metallic compounds that can be alloyed with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; Metal oxides that can dope and undope lithium, such as SiO β (0 < β < 2), SnO 2 , vanadium oxide, lithium titanium oxide, and lithium vanadium oxide; A composite containing the above metallic compound and a carbonaceous material, such as a Si-C composite or SnC composite; Carbon-based active materials, etc. may be mentioned, and any one or a mixture of two or more of these may be used. Additionally, a metallic lithium thin film may be used as the negative electrode active material.

본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 슬러리에 포함된 실리콘계 활물질 및 추가의 음극 활물질의 중량비는 1:99 내지 90:10일 수 있고, 구체적으로 1:99 내지 50:50일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the weight ratio of the silicon-based active material and the additional negative electrode active material contained in the negative electrode slurry may be 1:99 to 90:10, and specifically 1:99 to 50:50.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄소계 활물질은 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 및 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소), 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물 및 소성된 코크스 등을 들 수 있다. 상기 흑연은 천연 흑연, 흑연 흑연 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 음극활물질층에 포함되는 총 음극활물질 100 중량부 기준 상기 탄소계 활물질은 60 중량부 이상 99 중량부 이하로 포함될 수 있다. In one embodiment of the present specification, the carbon-based active material can be used without particular limitation, and representative examples include crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-shaped, flake-shaped, spherical or fibrous natural graphite and artificial graphite, and examples of the amorphous carbon include soft carbon (low-temperature calcined carbon). , hard carbon, mesophase pitch carbide, and calcined coke. The graphite may be natural graphite, graphite graphite, or a mixture thereof. Based on 100 parts by weight of the total negative electrode active material included in the negative electrode active material layer, the carbon-based active material may be included in an amount of 60 parts by weight or more and 99 parts by weight or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극활물질층 100 중량부 중의 음극활물질은 80 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 바람직하게는 90 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 95 중량부 이상 99.9 중량부 이하, 더더욱 바람직하게는 98 중량부 이상 99.9 중량부 이하로 포함될 수 있다. In one embodiment of the present specification, the amount of the negative electrode active material in 100 parts by weight of the negative electrode active material layer is 80 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or less, preferably 90 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or less, more preferably 95 parts by weight or more and 99.9 parts by weight or more. It may be included in an amount of no more than 98 parts by weight and no more than 99.9 parts by weight.

본 명세서의 추가의 실시상태에 따르면, 상기 음극활물질층은 실리콘계 활물질 및 탄소계 활물질 외에 추가로 음극 바인더를 더 포함할 수 있다.According to a further embodiment of the present specification, the negative electrode active material layer may further include a negative electrode binder in addition to the silicon-based active material and the carbon-based active material.

상기 음극 바인더로는 음극활물질 입자들 간의 부착 및 음극활물질 입자들과 음극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 음극 바인더로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있으며, 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한 이들의 다양한 공중합체를 포함할 수 있다. The negative electrode binder may serve to improve adhesion between negative electrode active material particles and adhesion between the negative electrode active material particles and the negative electrode current collector. As the cathode binder, those known in the art can be used, and non-limiting examples include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, poly Acrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, Polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and their hydrogen is replaced by Li, Na or Ca, etc. It may include at least one selected from the group consisting of materials, and may also include various copolymers thereof.

상기 음극 바인더는 상기 음극활물질층 100 중량부 기준 0.1 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함될 수 있으며, 예컨대 바람직하게는 0.3 중량부 이상 20 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. The negative electrode binder may be included in an amount of 0.1 parts by weight or more and 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer, for example, preferably 0.3 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, more preferably 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less. can be included.

상기 음극활물질층은 도전재를 포함하지 않을 수도 있으나, 필요에 따라 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 음극활물질층에 포함되는 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 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 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 음극활물질층 중의 도전재의 함량은 음극활물질층 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 20 중량부, 바람직하게는 0.03 중량부 내지 18 중량부일 수 있다. The negative electrode active material layer may not contain a conductive material, but may further include a conductive material if necessary. The conductive material included in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, Paneth black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; 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; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. The content of the conductive material in the negative electrode active material layer may be 0.01 to 20 parts by weight, preferably 0.03 to 18 parts by weight, based on 100 parts by weight of the negative electrode active material layer.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극활물질층의 두께는 10μm 이상 500μm 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the thickness of the negative electrode active material layer may be 10 μm or more and 500 μm or less.

일 실시상태에 있어서, 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 집전체로는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 구리, 니켈과 같은 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 집전체로 사용할 수 있다. 상기 집전체의 두께는 1㎛ 내지 500㎛일 수 있으나, 상기 집전체의 두께가 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the negative electrode current collector can be any conductive material without causing chemical changes in the battery, and is not particularly limited. For example, the current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. Specifically, a transition metal that easily adsorbs carbon, such as copper or nickel, can be used as a current collector. The thickness of the current collector may be 1㎛ to 500㎛, but the thickness of the current collector is not limited thereto.

상기 양극 및 상기 음극은 상기한 양극 및 음극활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 및 음극의 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 활물질층 형성용 조성물을 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 및 음극활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다. 상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 조성물의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극 및 음극 제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다. 또다른 방법으로, 상기 양극 및 음극은 상기 활물질층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The positive electrode and the negative electrode can be manufactured according to a conventional positive electrode and negative electrode manufacturing method, except for using the positive and negative electrode active materials described above. Specifically, it can be manufactured by applying a composition for forming an active material layer containing the above-described active material and, optionally, a binder and a conductive material onto a current collector, followed by drying and rolling. At this time, the types and contents of the positive and negative electrode active materials, binder, and conductive material are the same as described above. The solvent may be a solvent commonly used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, or Water, etc. may be used, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used. The amount of the solvent used is sufficient to dissolve or disperse the active material, conductive material, and binder in consideration of the application thickness and manufacturing yield of the composition, and to have a viscosity that can exhibit excellent thickness uniformity when applied for the production of positive and negative electrodes. Suffice. As another method, the positive and negative electrodes may be manufactured by casting the composition for forming the active material layer on a separate support and then laminating the film obtained by peeling from the support on a current collector.

상기 분리막으로는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차 전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 분리막이 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator separates the cathode from the anode and provides a passage for lithium ions. It can be used without particular restrictions as long as it is normally used as a separator in secondary batteries. In particular, it has low resistance to ion movement in the electrolyte and has an electrolyte moisturizing ability. Excellent is desirable. Specifically, porous polymer films, for example, porous polymer films made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these. A laminated structure of two or more layers may be used. 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. In addition, a coated separator containing ceramic components or polymer materials may be used to ensure heat resistance or mechanical strength, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

상기 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.The electrolytes include, but are not limited to, organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the manufacture of lithium secondary batteries.

구체적으로, 상기 전해질은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, and 1,2-dimethyl. Toxy ethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxoran, formamide, dimethylformamide, dioxoran, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid. Triesters, trimethoxy methane, dioxoran derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyropionate, propionic acid. Aprotic organic solvents such as ethyl may be used.

특히, 상기 카보네이트계 유기 용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기 용매로서 유전율이 높아 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 전해질을 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 easily dissociate lithium salts, so they can be preferably used. These cyclic carbonates include dimethyl carbonate and diethyl carbonate. If the same low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate is mixed and used in an appropriate ratio, an electrolyte with high electrical conductivity can be made and can be used more preferably.

상기 금속염은 리튬염을 사용할 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 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 1종 이상을 사용할 수 있다.The metal salt may be a lithium salt, and the lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte solution. For example, anions of the lithium salt include 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 One or more species selected from the group consisting of CO 2 -, SCN-, and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N- may be used.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다.In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, and trifluoroethylene for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity. Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imida. One or more additives such as zolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, or aluminum trichloride may be further included.

본 발명의 추가의 실시상태는 전술한 리튬이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공한다. 상기 전지 모듈 및 전지 팩은 고용량, 높은 율속 특성 및 사이틀 특성을 갖는 상기 이차전지를 포함하므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다. A further embodiment of the present invention provides a battery module including the above-described lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same. Since the battery module and battery pack include the secondary battery with high capacity, high rate characteristics, and cycle characteristics, they are medium-to-large devices selected from the group consisting of electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems. It can be used as a power source.

본 발명의 실시상태들에 따른 리튬이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 사이클 성능을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기뿐만 아니라 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다. 예컨대, 상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다. Since the lithium secondary battery according to the embodiments of the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and cycle performance, it is used not only in portable devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras, but also in electric vehicles, hybrid electric vehicles, and plug-in devices. - It can be used as a power source for medium to large-sized devices selected from the group consisting of hybrid electric vehicles and power storage systems. For example, the battery module or battery pack may include a power tool; Electric vehicles, including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV); Alternatively, it can be used as a power source for one or more mid- to large-sized devices among power storage systems.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 상기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the above examples are merely illustrative of the present description, and it is clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical spirit of the present description, It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the attached patent claims.

실시예 1 내지 3 Examples 1 to 3

양극 집전체에 양극활물질층을 코팅, 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다. 상기 양극활물질층을 제조하기 위한 조성물로서, 입자 표면 일부에 코발트 산화물층이 구비된 Ni계 양극 활물질(Li1.0Ni0.84Co0.08Mn0.08O2), 도전재(CNT) 및 바인더(PVDF)를 97 : 1 : 2 의 중량비로 메틸피롤리돈(NMP) 용매에 투입하여 양극 슬러리를 제조하였다(양극 슬러리 고형분은 전체 양극 슬러리의 70 중량부로 포함).A positive electrode was manufactured by coating, drying, and rolling a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector. As a composition for manufacturing the positive electrode active material layer, a Ni-based positive electrode active material (Li 1.0 Ni 0.84 Co 0.08 Mn 0.08 O 2 ) having a cobalt oxide layer on a portion of the particle surface, a conductive material (CNT), and a binder (PVDF) are prepared at 97 A positive electrode slurry was prepared by adding it to methylpyrrolidone (NMP) solvent at a weight ratio of 1:2 (the solid content of the positive electrode slurry is included in 70 parts by weight of the total positive electrode slurry).

상기에서 제조된 양극 슬러리를 Al 집전체 위에 도포하여 고온에서 건조 후 상온 압연하여 양극을 제작하였다. The positive electrode slurry prepared above was applied on an Al current collector, dried at high temperature, and rolled at room temperature to produce a positive electrode.

여기서, 상기 양극활물질은 하기 표 1의 단입자의 D50, 탭밀도 및 압연밀도와 표 2의 입자강도를 갖는 제1 양극활물질과 하기 표 2의 D50 및 입자강도를 갖는 제2 양극활물질을 중량비 6:4로 포함한다.Here, the positive electrode active material is a first positive electrode active material having the D 50 , tap density, and rolling density of single particles in Table 1 below and the particle strength in Table 2, and a second positive electrode active material having the D 50 and particle strength in Table 2 below. Included in a weight ratio of 6:4.

탭밀도, 압연밀도 및 입자강도는 하기와 같은 방법으로 제조되었다.Tap density, rolling density, and particle strength were prepared in the following manner.

* 탭밀도 : 300cc의 용기에 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 수득한 양극 활물질 10g을 충전한 후, 일정한 조건으로 진동시켜 얻어지는 입자의 겉보기 밀도를 측정하였다. 구체적으로, 탭밀도 시험기(KYT-5000, Seishin社)를 이용하여 상기 리튬 전이금속 산화물 입자의 탭밀도를 측정하였다.* Tap density: A 300 cc container was filled with 10 g of the positive electrode active material obtained in Example 1 and Comparative Example 1, and then vibrated under certain conditions to measure the apparent density of the obtained particles. Specifically, the tap density of the lithium transition metal oxide particles was measured using a tap density tester (KYT-5000, Seishin).

* 압연밀도 : 양극활물질(다이 면적: 2.3cm2)을 분체 저항 특성 장치 HPRM-1000 (HAN TECH CO.)를 이용하여 각각 2,000kgf/cm2의 힘으로 압연 시의 압연 밀도를 측정하였다.* Rolling density: The rolling density of the positive electrode active material (die area: 2.3 cm 2 ) was measured using a powder resistance characteristic device HPRM-1000 (HAN TECH CO.) at a force of 2,000 kgf/cm 2 each.

* 입자강도 : 플레이트 위에 입자를 놓은 후, Micro Compression Testing Machine(Shimadzu社, MCT-W500)을 이용하여 압축힘을 증가시키며 입자가 파괴될 때의 힘을 측정하여, 이를 입자 강도 값으로 하였다.* Particle strength: After placing the particles on the plate, the compression force was increased using a Micro Compression Testing Machine (Shimadzu, MCT-W500) and the force when the particles were broken was measured, which was used as the particle strength value.

음극 집전체에 SiO 및 흑연을 포함하는 음극 활물질(SiO계 활물질은 전체 음극 활물질의 5 중량부로 포함), 도전재(카본블랙), 바인더(SBR) 및 증점제(CMC)를 96 : 1 : 2 : 1 의 중량비로 증류수 용매에 투입하여 음극 슬러리를 제조하였다(음극 슬러리 고형분은 전체 음극 슬러리의 50 중량부로 포함).The negative electrode current collector contains SiO and graphite (SiO-based active material is included in 5 parts by weight of the total negative electrode active material), conductive material (carbon black), binder (SBR), and thickener (CMC) in the ratio of 96:1:2: A negative electrode slurry was prepared by adding it to distilled water solvent at a weight ratio of 1 (the solid content of the negative electrode slurry is included in 50 parts by weight of the total negative electrode slurry).

상기에서 제조된 음극 슬러리를 Cu 집전체 위에 도포하여 고온에서 건조 후 상온 압연하여 음극을 제작하였다. The anode slurry prepared above was applied on a Cu current collector, dried at high temperature, and rolled at room temperature to produce a cathode.

상기 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하고 전해액(1M LiPF6, 에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC) (부피비 3/7), 바이닐렌카보네이트(VC)/프로판술톤(PS, propane sultone) (전해질 100 중량부 기준 각각 3 중량부, 1.5 중량부로 포함))을 주입하여 리튬이차전지를 제작하였다. The anode and cathode were stacked with a separator in between, and an electrolyte (1M LiPF 6 , ethylene carbonate (EC)/ethylmethyl carbonate (EMC) (volume ratio 3/7), vinylene carbonate (VC)/propane sultone (PS, propane) A lithium secondary battery was manufactured by injecting sultone (containing 3 parts by weight and 1.5 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of electrolyte).

양극의 전극밀도, 압연율, 미분발생정도와, 리튬이차전지의 0.1 C 효율 및 가스 발생 정도를 하기 표 2에 나타내었다.The electrode density, rolling rate, and degree of fine dust generation of the positive electrode, and the 0.1 C efficiency and degree of gas generation of the lithium secondary battery are shown in Table 2 below.

전극밀도, 압연율, 미분 발생 정도 및 가스 발생 정도는 하기의 방법으로 측정되었다. Electrode density, rolling rate, degree of fine powder generation, and degree of gas generation were measured by the following methods.

* 전극밀도 : 전극무게 / (전극두께 * 전극면적) * Electrode density: Electrode weight / (electrode thickness * electrode area)

- 전극무게 : 알루미늄 호일 무게를 제외한 슬러리 무게- Electrode weight: Slurry weight excluding aluminum foil weight

- 전극두께 : 알루미늄 호일 두께를 제외한 슬러리층 두께- Electrode thickness: Slurry layer thickness excluding aluminum foil thickness

* 압연율 : [(압연 전 두께-알루미늄 호일 두께) - (압연 후 두께-알루미늄 호일 두께)] / (압연 전 두께-알루미늄 호일 두께)* Rolling rate: [(Thickness before rolling - aluminum foil thickness) - (Thickness after rolling - aluminum foil thickness)] / (Thickness before rolling - aluminum foil thickness)

* 미분 발생 : 압연 전극을 Air 분위기에서 500℃, 5시간 동안 열처리하여 수득한 양극활물질을 Microtrac MT 3000을 사용하여 체적 입도 분포 그래프를 얻은 후 1 ㎛ 이하의 체적 누적량을 구함* Generation of fine powder: The positive electrode active material obtained by heat-treating the rolled electrode in an air atmosphere at 500°C for 5 hours was obtained by using Microtrac MT 3000 to obtain a volume particle size distribution graph, and then the volume accumulation of less than 1 ㎛ was obtained.

* 가스 발생 : 제작된 셀을 0.33C로 4.2V까지 정전류/정전압(CC/CV) 충전 (0.05C-cut)하여 고온(60℃)에서 8주 보관 후 발생한 가스의 양을 기체 크로마토 그래피(gc agilent 7890b)를 이용하여 측정하였다.* Gas generation: The manufactured cell was charged with constant current/constant voltage (CC/CV) to 4.2V at 0.33C (0.05C-cut) and stored at high temperature (60℃) for 8 weeks. The amount of gas generated was measured using gas chromatography (gc). Measured using agilent 7890b).

비교예 1Comparative Example 1

제1 양극활물질로서 단입자가 아닌 2차 입자를 사용하고, 제1 양극활물질로서 강도가 149Mpa인 단입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 2차 입자인 제1 양극활물질은 하기 표 1의 2차 입자의 D50, 탭밀도 및 압연밀도를 갖는 것이다. The same procedure as Example 1 was carried out, except that secondary particles rather than single particles were used as the first positive electrode active material, and single particles with a strength of 149 Mpa were used as the first positive electrode active material. The first positive electrode active material, which is a secondary particle, has the secondary particle D 50 , tap density, and rolling density shown in Table 1 below.

비교예 2Comparative Example 2

제2 양극활물질로서 강도가 121Mpa인 2차 입자를 사용하고, 제1 양극활물질로서 강도가 149Mpa인 단입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. The same procedure as Example 1 was performed, except that secondary particles with a strength of 121 Mpa were used as the second positive electrode active material, and single particles with a strength of 149 Mpa were used as the first positive electrode active material.

비교예 3Comparative Example 3

제2 양극활물질로서 강도가 121Mpa인 2차 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. The same procedure as Example 1 was carried out, except that secondary particles with a strength of 121 Mpa were used as the second positive electrode active material.

실시예 1의 제1 양극활물질 단입자Single particle of the first positive electrode active material of Example 1 비교예 1의 제1 양극활물질 2차 입자First positive electrode active material secondary particles of Comparative Example 1 D50 (㎛)D 50 (㎛) 44 44 탭밀도 (g/cc)Tap density (g/cc) 2.42.4 1.61.6 압연밀도 (g/cc)Rolling density (g/cc) 3.33.3 2.42.4

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, D50이 동일하더라도 단입자가 2차 입자에 비하여 탭밀도 및 압연밀도가 높음을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, it can be confirmed that single particles have higher tap density and rolling density than secondary particles even if D 50 is the same.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 D50 (㎛)
(제2 양극활물질/제1 양극활물질)
D 50 (㎛)
(2nd cathode active material/1st cathode active material)
12/412/4 12/412/4 12/412/4 12/412/4 12/412/4 12/412/4
입자강도 (Mpa)
(제2 양극활물질/제1 양극활물질)
Particle strength (Mpa)
(2nd cathode active material/1st cathode active material)
269/181269/181 168/181168/181 232/181232/181 269/149269/149 121/149121/149 121/181121/181
전극밀도 (g/cc)Electrode density (g/cc) 3.493.49 3.483.48 3.513.51 3.323.32 3.413.41 3.333.33 압연율 (%)Rolling rate (%) 27.827.8 28.628.6 27.927.9 35.635.6 26.526.5 27.127.1 미분(입경 1㎛ 이하의 입자) 발생 (vol%)Fine powder (particles with a particle diameter of 1㎛ or less) generated (vol%) 0.340.34 4.74.7 0.310.31 11.711.7 8.58.5 7.67.6 0.1 C 효율 (%)0.1 C efficiency (%) 88.388.3 91.291.2 88.188.1 92.892.8 92.592.5 91.491.4 가스발생(@ 8주)Gas generation (@ 8 weeks) 0.580.58 0.770.77 0.520.52 1.131.13 0.990.99 0.950.95

실시예 1과 비교예 1의 제1 양극활물질은 각각 단입자와 2차입자이기 때문에, 표 1에 나타난 바와 같이 제1 양극활물질의 탭밀도 차이가 발생하고, 이에 의하여 동일 로딩량으로 코팅된 제1 양극활물질층의 압연 전 코팅 두께가 달라져 최종 타겟 두께까지 압연하였을 때 압연율 차이가 발생하게 된다. 즉, 실시예 1과 같이 제1 양극활물질로서 단입자를 사용시 탭밀도가 우수하여 제1 양극활물질층의 코팅 두께가 얇아 타겟 두께까지 압연하기 위한 압연율이 개선될 수 있다. Since the first cathode active materials of Example 1 and Comparative Example 1 are single particles and secondary particles, respectively, a difference in tap density of the first cathode active materials occurs as shown in Table 1, and as a result, the first cathode active materials coated with the same loading amount Because the coating thickness of the positive electrode active material layer varies before rolling, a difference in rolling rate occurs when rolling to the final target thickness. That is, when single particles are used as the first positive electrode active material as in Example 1, the tap density is excellent and the coating thickness of the first positive electrode active material layer is thin, so the rolling rate for rolling to the target thickness can be improved.

실시예 2 및 3은 실시예 1와 비교하여 제1 및 제2 양극활물질의 입자 사이즈가 동일하지만 입자강도가 상이하다. 실시예 2 및 3의 제2 양극활물질은 실시예 1의 제2 양극활물질과 입자강도가 상이한 것으로서, 실시예 1의 것과 상이한 소성 조건에 의하여 제조된 것이며, 실시예 1의 제2 양극활물질 보다 탭밀도가 상대적으로 낮아 압연율에 약간 차이가 있다.In Examples 2 and 3, compared to Example 1, the particle sizes of the first and second positive electrode active materials were the same, but the particle strengths were different. The second cathode active material of Examples 2 and 3 has a different particle strength from the second cathode active material of Example 1, was manufactured under different firing conditions from those of Example 1, and had a higher tab than the second cathode active material of Example 1. The density is relatively low, so there is a slight difference in rolling rate.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 경우 비교예 1 내지 3에 비하여 미분 발생이 적게 발생하였고, 효율이 낮고, 가스 발생도 크게 저감되었음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, it was confirmed that in Examples 1 to 3, less fine powder was generated, efficiency was low, and gas generation was greatly reduced compared to Comparative Examples 1 to 3.

비교예 1은 제1 양극활물질로 2차 입자를 사용한 경우에 해당하며, 단입자를 사용했을 경우에 비해 탭밀도가 상대적으로 떨어져, 압연이 제대로 되지 않아 미분 및 가스가 실시예 1 내지 3에 비해 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다. Comparative Example 1 corresponds to the case where secondary particles were used as the first positive electrode active material. Compared to the case where single particles were used, the tap density was relatively low, and rolling was not performed properly, resulting in fine powder and gas compared to Examples 1 to 3. You can see that this happens a lot.

비교예 2 및 3은 제2 양극활물질의 입자강도가 150Mpa 미만인 경우에 해당하며, 제2 양극활물질의 입자강도가 약해 압연시 깨짐이 발생해 미분 및 가스가 실시예 1 내지 3에 비해 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다.Comparative Examples 2 and 3 correspond to cases where the particle strength of the second positive electrode active material is less than 150Mpa, and the particle strength of the second positive electrode active material is weak and cracking occurs during rolling, resulting in more fine powder and gas than Examples 1 to 3. You can check that.

Claims (12)

단입자 형태의 제1 양극활물질;
상기 제1 양극활물질보다 입경이 크고 입자강도가 150 Mpa 이상인 제2 양극활물질;
바인더; 및
도전재를 포함하는 양극 조성물.
A first positive electrode active material in the form of a single particle;
a second positive electrode active material having a particle size larger than that of the first positive electrode active material and a particle strength of 150 Mpa or more;
bookbinder; and
A positive electrode composition containing a conductive material.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 양극활물질은 2차 입자 형태인 것인 양극 조성물. The positive electrode composition according to claim 1, wherein the second positive electrode active material is in the form of secondary particles. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 양극활물질의 D50은 1 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 상기 제2 양극활물질의 D50은 8 ㎛ 내지 20 ㎛인 것인 양극 조성물The positive electrode composition of claim 1, wherein the first positive electrode active material has a D 50 of 1 ㎛ to 10 ㎛, and the second positive electrode active material has a D 50 of 8 ㎛ to 20 ㎛. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 양극활물질은 탭밀도(tap density)가 2 g/cc 이상인 것인 양극 조성물.The positive electrode composition of claim 1, wherein the first positive electrode active material has a tap density of 2 g/cc or more. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 양극활물질은 압연밀도가 3 g/cc 이상인 것인 양극 조성물. The positive electrode composition of claim 1, wherein the first positive electrode active material has a rolling density of 3 g/cc or more. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 양극활물질의 입자강도는 150 Mpa 이상 인 것인 양극 조성물. The positive electrode composition according to claim 1, wherein the particle strength of the first positive electrode active material is 150 Mpa or more. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 양극활물질과 상기 제2 양극활물질의 중량비는 1:9 내지 9:1인 것인 양극 조성물. The cathode composition according to claim 1, wherein a weight ratio of the first cathode active material and the second cathode active material is 1:9 to 9:1. 집전체; 및 상기 집전체 상에 구비되고, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 양극 조성물을 포함하는 양극활물질층을 포함하는 이차전지용 양극. house collector; and a positive electrode active material layer provided on the current collector and containing the positive electrode composition according to any one of claims 1 to 7. 청구항 8에 있어서, 상기 양극활물질층 중 입경이 1 ㎛ 이하인 미분이 상기 양극활물질층 100 vol%를 기준으로 5 vol% 이하인 것인 양극. The positive electrode according to claim 8, wherein the fine powder having a particle diameter of 1 ㎛ or less in the positive electrode active material layer is 5 vol% or less based on 100 vol% of the positive electrode active material layer. 청구항 8에 따른 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차전지. A secondary battery comprising an anode, a cathode, and a separator according to claim 8. 청구항 10에 있어서, 상기 음극은 실리콘계 활물질을 포함하는 것인 이차전지. The secondary battery according to claim 10, wherein the negative electrode includes a silicon-based active material. 청구항 11 있어서, 상기 음극은 탄소계 활물질을 더 포함하는 것인 이차전지.
The secondary battery of claim 11, wherein the negative electrode further includes a carbon-based active material.
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