KR20240104013A - Negative electrode composition, methode for preparing thereof, negative electrode slurry, negative electrode and lithium secondary battery - Google Patents

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KR20240104013A
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권요한
김영재
박수진
이상민
이재욱
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Abstract

본 출원은 실리콘계 활물질; 도전재; 바인더; 및 pH 조절제를 포함하고 pH가 5 이상 7 이하인 음극 조성물, 이를 포함하는 음극 슬러리, 음극, 리튬 이차 전지 및 상기 음극 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 음극 조성물은 음극 조성물 전체의 pH를 조절하여 우수한 결착력을 달성하는 장점을 제공하면서 동시에 실리콘계 활물질이 갖고 있는 문제를 해소하는 장점을 제공한다.
This application covers silicon-based active materials; conductive materials; bookbinder; and a negative electrode composition containing a pH regulator and having a pH of 5 or more and 7 or less, a negative electrode slurry containing the same, a negative electrode, a lithium secondary battery, and a method of manufacturing the negative electrode composition.
The negative electrode composition provides the advantage of achieving excellent binding force by adjusting the pH of the entire negative electrode composition, while also providing the advantage of solving the problems of silicon-based active materials.

Description

음극 조성물, 이의 제조 방법, 음극 슬러리, 음극 및 리튬 이차 전지{NEGATIVE ELECTRODE COMPOSITION, METHODE FOR PREPARING THEREOF, NEGATIVE ELECTRODE SLURRY, NEGATIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY}NEGATIVE ELECTRODE COMPOSITION, METHODE FOR PREPARING THEREOF, NEGATIVE ELECTRODE SLURRY, NEGATIVE ELECTRODE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 출원은 2022년 12월 26일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0184166호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit of the filing date of Korean Patent Application No. 10-2022-0184166 filed with the Korea Intellectual Property Office on December 26, 2022, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 출원은 음극 조성물, 이의 제조 방법, 음극 슬러리, 음극 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.This application relates to a negative electrode composition, a method for producing the same, a negative electrode slurry, a negative electrode, and a lithium secondary battery.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학 반응을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative or clean energy is increasing, and as part of this, the most actively researched fields are power generation and storage using electrochemical reactions.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차 전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.Currently, secondary batteries are a representative example of electrochemical devices that use such electrochemical energy, and their use area is gradually expanding.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 또, 이 같은 고용량 리튬 이차 전지용 전극으로서, 단위 체적 당 에너지 밀도가 더 높은 고밀도 전극을 제조하기 위한 방법에 대해 연구가 활발히 진행되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries, which have high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate, have been commercialized and are widely used. In addition, as an electrode for such a high-capacity lithium secondary battery, research is being actively conducted on methods for manufacturing a high-density electrode with a higher energy density per unit volume.

일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 전해질 및 분리막으로 구성된다. 음극은 양극으로부터 나온 리튬 이온을 삽입하고 탈리시키는 음극 활물질을 포함하며, 상기 음극 활물질로서 방전 용량이 큰 실리콘계 입자가 사용될 수 있다. Generally, a secondary battery consists of an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator. The negative electrode includes a negative electrode active material that inserts and desorbs lithium ions from the positive electrode, and silicon-based particles with a large discharge capacity may be used as the negative electrode active material.

특히 최근 고 밀도 에너지 전지에 대한 수요에 따라, 음극 활물질로서, 흑연계 소재 대비 용량이 10배 이상 큰 Si/C나 SiOx와 같은 실리콘계 화합물을 함께 사용하여 용량을 늘리는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고용량 소재인 실리콘계 화합물의 경우, 기존에 사용되는 흑연과 비교할 때, 용량이 큰 장점을 제공하지만, 실리콘계 화합물 함유 전극 조성물 또는 슬러리의 제조 및 보관 시, 표면 산화 반응으로 수소 기체가 발생될 수 있고, 이에 따라 폭발 위험성 및 상 안정성의 저하에 대한 문제점이 있다.In particular, in response to the recent demand for high-density energy batteries, research is being actively conducted on ways to increase capacity by using silicon-based compounds such as Si/C or SiOx, which have a capacity more than 10 times greater than graphite-based materials, as anode active materials. there is. In the case of silicon-based compounds, which are high-capacity materials, they provide a large capacity advantage compared to conventionally used graphite, but when manufacturing and storing electrode compositions or slurries containing silicon-based compounds, hydrogen gas may be generated due to surface oxidation reaction, Accordingly, there are problems with the risk of explosion and deterioration of phase stability.

상기 문제점을 해소하기 위해, 다양한 방안 등이 논의되고 있지만, 되려 전지의 성능을 저하시킬 수 있는 점에서, 적용에 한계가 있으므로, 여전히 실리콘계 화합물을 포함하는 음극의 상용화에는 한계가 있다.In order to solve the above problems, various methods are being discussed, but there are limits to their application in that they can reduce battery performance, so there are still limits to the commercialization of negative electrodes containing silicon-based compounds.

따라서, 상술한 문제점이 개선될 수 있도록, 실리콘계 화합물을 포함하면서, 동시에 실리콘계 화합물로부터 수소 기체 발생을 저하시킬 수 있는 음극 조성물에 대한 추가 연구가 필요하다.Therefore, in order to improve the above-mentioned problems, additional research is needed on a cathode composition that includes a silicon-based compound and can simultaneously reduce hydrogen gas generation from the silicon-based compound.

본 출원은, 상기 문제점을 해결하기 위해, pH 조절제로 인하여 수소 이온 농도(pH)가 조절된 음극 조성물, 이의 제조 방법 및 음극 슬러리, 음극 및 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present application seeks to provide a negative electrode composition in which the hydrogen ion concentration (pH) is adjusted by a pH adjuster, a method for manufacturing the same, a negative electrode slurry, a negative electrode, and a lithium secondary battery.

본 명세서의 일 실시상태는 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질; 도전재; 바인더; 및 pH 조절제를 포함하고, 25℃에서 측정시 pH가 5 이상 7 이하인 것인 음극 조성물을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification includes a negative electrode active material including a silicon-based active material; conductive materials; bookbinder; and a pH adjuster, and has a pH of 5 or more and 7 or less when measured at 25°C.

또 다른 실시상태에 있어서, 상기 음극 조성물 및 용매를 포함하는 것인 음극 슬러리를 제공한다.In another embodiment, a negative electrode slurry containing the negative electrode composition and a solvent is provided.

또 다른 실시상태에 있어서, 음극 집전체층; 및 상기 음극 집전체층의 일면 또는 양면에 상기 음극 슬러리가 도포된 음극 활물질층을 포함하는 음극을 제공한다.In another embodiment, a negative electrode current collector layer; and a negative electrode active material layer in which the negative electrode slurry is applied to one or both sides of the negative electrode current collector layer.

마지막으로, 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 분리막; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지로서, 상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 어느 하나는 상기 음극인 것인 리튬 이차 전지를 제공한다.Finally, the first electrode; second electrode; a separator provided between the first electrode and the second electrode; and an electrolyte, wherein either the first electrode or the second electrode is the negative electrode.

본 발명의 일 실시상태에 따른 음극 조성물은 상기 음극 조성물 전체의 수소 이온 농도(pH)를 조절하여, 상기 음극 조성물 및 이를 포함하는 음극 슬러리의 제조 또는 보관 시 표면 산화 반응으로 인한 수소 기체의 발생을 방지하는 효과를 제공한다. 이로써, 상기 음극 조성물, 이를 포함하는 음극 슬러리의 상 안정성을 개선하고, 수소 기체 발생으로 인한 폭발의 위험을 감소시킬 수 있다. The anode composition according to an exemplary embodiment of the present invention adjusts the hydrogen ion concentration (pH) of the entire anode composition to prevent the generation of hydrogen gas due to a surface oxidation reaction when manufacturing or storing the anode composition and the anode slurry containing the same. Provides a preventive effect. As a result, the phase stability of the negative electrode composition and the negative electrode slurry containing it can be improved, and the risk of explosion due to hydrogen gas generation can be reduced.

본 발명의 또 다른 실시상태에 따른 음극 조성물을 사용함으로써, 향후 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 대한 공정상 안전성 및 안정성을 확보할 수 있다.By using a negative electrode composition according to another embodiment of the present invention, process safety and stability for the negative electrode and lithium secondary battery containing the same can be secured in the future.

도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 음극 조성물을 파우치에 저장 후 일정 시간이 지난 상태의 사진이다.
도 2는 종래 기술의 음극 조성물을 파우치에 저장 후 일정 시간이 지난 상태의 사진이다.
Figure 1 is a photograph of a negative electrode composition according to an exemplary embodiment of the present application after a certain period of time has passed after being stored in a pouch.
Figure 2 is a photograph of a prior art negative electrode composition after a certain period of time has passed after being stored in a pouch.

본 발명을 설명하기에 앞서, 우선 몇몇 용어를 정의한다.Before explaining the present invention, some terms are first defined.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In this specification, when a part “includes” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서, 'p 내지 q'는 'p 이상 q 이하'의 범위를 의미한다.In this specification, 'p to q' means a range of 'p to q or less'.

본 명세서에서, 중합체가 어떤 단량체를 단량체 단위로 포함한다는 의미는 그 단량체가 중합 반응에 참여하여 중합체 내에서 반복 단위로서 포함되는 것을 의미한다. 본 명세서에 있어서, 중합체가 단량체를 포함한다고 할 때, 이는 중합체가 단량체를 단량체 단위로 포함한다는 것과 동일하게 해석되는 것이다.In this specification, the fact that a polymer contains a certain monomer as a monomer unit means that the monomer participates in a polymerization reaction and is included as a repeating unit in the polymer. In this specification, when it is said that a polymer contains a monomer, this is interpreted the same as saying that the polymer contains a monomer as a monomer unit.

본 명세서에서, '중합체'라 함은 '단독 중합체'라고 명시되지 않는 한 공중합체를 포함한 광의의 의미로 사용된 것으로 이해한다.In this specification, the term 'polymer' is understood to be used in a broad sense including copolymers, unless specified as 'homopolymer'.

본 명세서에서, 중량 평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은 분자량 측정용으로 시판되고 있는 다양한 중합도의 단분산 폴리스티렌 중합체(표준 시료)를 표준물질로 하고, 겔 투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography; GPC)에 의해 측정한 폴리스티렌 환산 분자량이다. 본 명세서에 있어서, 분자량이란 특별한 기재가 없는 한 중량 평균 분자량을 의미한다.In this specification, the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) are determined by using commercially available monodisperse polystyrene polymers (standard samples) of various degrees of polymerization for molecular weight measurement as standard materials, and using gel permeation chromatography (Gel Permeation Chromatography). ; It is the polystyrene conversion molecular weight measured by GPC). In this specification, molecular weight means weight average molecular weight unless otherwise specified.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 설명에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the following description.

<음극 조성물><Cathode composition>

본 명세서의 일 실시상태는 음극 활물질이 실리콘계 활물질을 포함하고, pH 조절제를 포함하여 pH가 5 이상 7 이하로 제어되는 음극 조성물을 특징으로 한다.One embodiment of the present specification is characterized by a negative electrode composition in which the negative electrode active material includes a silicon-based active material and the pH is controlled to be 5 or more and 7 or less by including a pH adjuster.

상기 실시상태에 따른 음극 조성물은 pH 조절제를 통해 전체 음극 조성물의 pH를 조절하여, 음극 활물질로부터 수소 기체의 발생을 방지하고, 향후 음극에 사용시 안정성을 개선할 수 있다. The negative electrode composition according to the above embodiment can control the pH of the entire negative electrode composition through a pH adjuster, prevent the generation of hydrogen gas from the negative electrode active material, and improve stability when used in a negative electrode in the future.

구체적으로, 상기 음극 조성물은 pH 조절제로 전체 pH를 5 이상 7 이하의 범위로 제어하여, 음극 조성물 내 음극 활물질(특히, 실리콘 입자)의 산화를 방지할 수 있다. Specifically, the overall pH of the anode composition can be controlled to a range of 5 to 7 using a pH adjuster, thereby preventing oxidation of the anode active material (particularly, silicon particles) in the anode composition.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 pH 조절제는 푸마르산, 글루타르산, 옥살산, 말론산, 석신산, 말레산, 팔미트산, 타타르산, 포름산, 아세트산, 글리콜산, 황산, 염산, 인산, 질산, 설폰산, 아미노설폰산, 수산화리튬 및 수산화나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으나, 원하는 범위의 수소 이온 농도를 용이하게 달성할 수 있는 한, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present specification, the pH adjuster includes fumaric acid, glutaric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, palmitic acid, tartaric acid, formic acid, acetic acid, glycolic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, It may include one or more selected from the group consisting of nitric acid, sulfonic acid, aminosulfonic acid, lithium hydroxide, and sodium hydroxide, but is not limited thereto, as long as the hydrogen ion concentration in the desired range can be easily achieved.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 pH 조절제는 1종을 단독으로 사용하거나, 2종 이상의 서로 다른 물질을 조합하여 사용할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present specification, one type of pH adjuster may be used alone, or two or more different substances may be used in combination.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질은 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 60 중량부 이상일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the negative electrode active material may be 60 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the negative electrode composition.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질은 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 60 중량부 이상, 바람직하게는 65 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 70 중량부 이상을 포함할 수 있으며, 95 중량부 이하, 바람직하게는 90 중량부 이하일 수 있다.In another embodiment of the present specification, the negative electrode active material may include 60 parts by weight or more, preferably 65 parts by weight or more, more preferably 70 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the negative electrode composition, and 95 parts by weight. or less, preferably 90 parts by weight or less.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질은 실리콘계 활물질 및 탄소계 활물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present specification, the negative electrode active material may include one or more selected from the group consisting of silicon-based active materials and carbon-based active materials.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질은 실리콘계 활물질 및 탄소계 활물질로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present specification, the negative electrode active material may be made of a silicon-based active material and a carbon-based active material.

본 명세서에서, 상기 실리콘계 활물질은 상기 탄소계 활물질에 비해 10배 이상의 높은 용량을 갖고, 이에 따라 실리콘계 활물질을 음극에 적용할 경우, 탄소계 활물질을 단독으로 사용할 때보다, 얇은 두께로도 높은 수준의 에너지 밀도를 갖는 음극 구현이 가능하다.In this specification, the silicon-based active material has a capacity more than 10 times higher than the carbon-based active material, and accordingly, when the silicon-based active material is applied to the negative electrode, a high level even with a thin thickness is achieved compared to when the carbon-based active material is used alone. It is possible to implement a cathode with high energy density.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질이 실리콘계 활물질 및 탄소계 활물질로 이루어질 경우, 실리콘계 활물질 및 상기 탄소계 활물질 간 조성비는 2 : 98 내지 30 : 70의 범위 내에 있을 수 있다.In another embodiment of the present specification, when the negative electrode active material is made of a silicon-based active material and a carbon-based active material, the composition ratio between the silicon-based active material and the carbon-based active material may be within the range of 2:98 to 30:70.

상기 실시상태에 따른 음극 활물질은, 탄소계 활물질을 주 성분으로 하여 충방전시 활물질의 부피 팽창이 적어 swelling이 적고, 음극의 도전 연결성이 우수한 효과가 추가로 제공될 수 있다.The negative electrode active material according to the above embodiment contains a carbon-based active material as a main component, so the volume expansion of the active material is small during charging and discharging, so swelling is small and the negative electrode has excellent conductive connectivity.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 실리콘계 활물질은 SiOx (x=0) 및 SiOx (0<x<2)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하며, 상기 실리콘계 활물질 100 중량부 기준 상기 SiOx (x=0)를 70 중량부 이상 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the silicon-based active material includes one or more selected from the group consisting of SiOx (x=0) and SiOx (0<x<2), and the SiOx (based on 100 parts by weight of the silicon-based active material) x=0) may be included in an amount of 70 parts by weight or more.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 실리콘계 활물질은 순수 실리콘(Si)만을 실리콘계 활물질로서 사용할 수 있다. 순수 실리콘(Si)을 실리콘계 활물질로 사용한다는 것은 상기와 같이 실리콘계 활물질을 전체 100 중량부를 기준으로 하였을 때, 다른 입자 또는 원소와 결합되지 않은 순수의 Si 입자(SiOx (x=0))를 상기 범위로 포함하는 것을 의미할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present application, only pure silicon (Si) can be used as the silicon-based active material. Using pure silicon (Si) as a silicon-based active material means that pure Si particles (SiOx (x=0)) that are not combined with other particles or elements are within the above range, based on 100 parts by weight of the total silicon-based active material as described above. It may mean including.

또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 실리콘계 활물질은 실리콘계 활물질 100 중량부 기준 상기 SiOx (x=0)를 70 중량부 이상, 바람직하게는 80 중량부 이상, 더욱 바람직하게는 90 중량부 이상을 포함할 수 있거나, 또는 100 중량부 이하, 바람직하게는 99 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 95 중량부 이하를 포함할 수 있다.In another embodiment, the silicon-based active material may contain at least 70 parts by weight, preferably at least 80 parts by weight, and more preferably at least 90 parts by weight of SiOx (x=0) based on 100 parts by weight of the silicon-based active material. It may contain 100 parts by weight or less, preferably 99 parts by weight or less, and more preferably 95 parts by weight or less.

본 명세서에서, 상기 함량 범위의 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 조성물은, 실리콘계 활물질이 다량임에도 불구하고, 음극 조성물의 pH를 pH 조절제로 조절함으로써, 실리콘계 활물질에서 야기되는 수소 기체 발생량이 현저하게 적은 점에서 의의가 있다. In the present specification, the negative electrode composition containing the silicon-based active material in the above content range, despite having a large amount of silicon-based active material, has a significantly small amount of hydrogen gas generated from the silicon-based active material by adjusting the pH of the negative electrode composition with a pH adjuster. It is meaningful.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 음극 조성물에 포한되는 도전재 및 바인더는 모두 음극 조성물에 대한 것으로, 각각 음극 도전재; 및 음극 바인더로 지칭될 수 있다. In another embodiment of the present specification, the conductive material and binder contained in the negative electrode composition are all for the negative electrode composition, and each includes a negative electrode conductive material; and a cathode binder.

상기 실시 상태에 따른 음극 조성물은 실리콘계 활물질을 상기 범위로 사용하고, 충전 및 방전 과정에서 부피 팽창율을 잡아줄 수 있는 특정의 도전재 및 바인더를 사용하여, 상기 범위를 포함하여도 음극의 성능을 저하시키지 않으며 충전 및 방전에서의 출력 특성이 우수한 특징을 갖게 된다.The anode composition according to the above embodiment uses a silicon-based active material in the above range, and uses a specific conductive material and binder that can control the volume expansion rate during the charging and discharging process, so even if it contains the above range, the performance of the anode deteriorates. It has excellent output characteristics during charging and discharging.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 실리콘계 활물질은 SiOx (x=0), SiOx (0<x<2), SiC, 및 Si 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the silicon-based active material may include one or more selected from the group consisting of SiOx (x=0), SiOx (0<x<2), SiC, and Si alloy.

본 명세서에서, 상기 실리콘계 활물질은 예컨대 결정 또는 비정질 형태로 존재할 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘계 활물질의 실리콘 입자는 바람직하게는 구형 입자일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this specification, the silicon-based active material may exist, for example, in crystalline or amorphous form. Specifically, the silicon particles of the silicon-based active material may preferably be spherical particles, but are not limited thereto.

본 명세서에서, 상기 SiOx에서 x가 2인 SiO2의 경우는 포함하고 있지 아니한데, 이 SiO2는 리튬 이온과 반응하지 않아 리튬을 저장할 수 없다. 따라서, x는 상기 실시상태의 범위 내인 것이 바람직하다. In this specification, the case of SiO 2 where x is 2 in the SiOx is not included, and SiO 2 does not react with lithium ions and cannot store lithium. Therefore, x is preferably within the range of the above embodiment.

본 명세서에서, 실리콘계 활물질은 Si과 C의 복합체로 구성된 Si/C 또는 Si일 수 있다. In this specification, the silicon-based active material may be Si/C or Si composed of a composite of Si and C.

본 명세서에서, 상기 실리콘계 활물질을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. In this specification, two or more types of silicon-based active materials may be mixed and used.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄소계 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본 및 소프트카본으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the carbon-based active material may include one or more selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, hard carbon, and soft carbon.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 0.03 중량부 이상 40 중량부 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the conductive material may be in an amount of 0.03 parts by weight or more and 40 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the anode composition.

본 명세서의다른 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 상기 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 0.03 중량부 이상 40 중량부 이하, 바람직하게는 0.05 중량부 이상 30 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 이상 25 중량부 이하를 포함할 수 있다. In another embodiment of the present specification, the conductive material is present in an amount of 0.03 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, preferably 0.05 parts by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 0.5 parts by weight or more and 25 parts by weight, based on 100 parts by weight of the anode composition. It may contain less than one part by weight.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 점형 도전재; 면형 도전재; 및 선형 도전재로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the conductive material is a point-shaped conductive material; Planar conductive material; And it may include one or more selected from the group consisting of linear conductive materials.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 점형 도전재 및 선형 도전재를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present specification, the conductive material may include a point-shaped conductive material and a linear conductive material.

본 명세서에서, 상기 점형 도전재는 음극에 도전성을 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가지는 점형 또는 구형 형태의 도전재를 의미한다. 구체적으로 상기 점형 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙, 도전성 섬유, 플루오로카본, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종일 수 있으며, 바람직하게는 높은 도전성을 구현하며, 분산성이 우수하다는 측면에서 카본 블랙 및/또는 인조 흑연을 포함할 수 있다.In this specification, the point-shaped conductive material refers to a point-shaped or spherical conductive material that can be used to improve conductivity in the cathode and has conductivity without causing chemical changes. Specifically, the dot-shaped conductive material is natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, Parness black, lamp black, thermal black, conductive fiber, fluorocarbon, aluminum powder, nickel powder, zinc oxide, It may be at least one selected from the group consisting of potassium titanate, titanium oxide, and polyphenylene derivatives, and preferably may include carbon black and/or artificial graphite in terms of realizing high conductivity and excellent dispersibility.

본 명세서에서, 상기 면형 도전재는 음극 내에서 실리콘 입자들 간의 면 접촉을 증가시켜 도전성을 개선하고, 동시에 부피 팽창에 따른 도전성 경로의 단절을 억제하는 역할을 할 수 있다. 상기 면형 도전재는 판상형 도전재 또는 벌크(bulk)형 도전재로 표현될 수 있다. 상기 면형 도전재의 예로는 판상형 흑연, 그래핀, 그래핀 옥사이드, 및 흑연 플레이크로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 판상형 흑연일 수 있다.In this specification, the planar conductive material may serve to improve conductivity by increasing surface contact between silicon particles within the cathode and at the same time suppress disconnection of the conductive path due to volume expansion. The planar conductive material may be expressed as a plate-shaped conductive material or a bulk-type conductive material. Examples of the planar conductive material may include at least one selected from the group consisting of plate-shaped graphite, graphene, graphene oxide, and graphite flakes, and may preferably be plate-shaped graphite.

본 명세서에서, 선형 도전재는 탄소나노튜브일 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 번들형 탄소나노튜브일 수 있다. 상기 번들형 탄소나노튜브는 복수의 탄소나노튜브 단위체들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 여기서 '번들형(bundle type)'이란, 달리 언급되지 않는 한, 복수 개의 탄소나노튜브 단위체가 탄소나노튜브 단위체 길이 방향의 축이 실질적으로 동일한 배향으로 나란하게 배열되거나 또는 뒤엉켜있는, 다발(bundle) 혹은 로프(rope) 형태의 2차 형상을 지칭한다. 상기 탄소나노튜브 단위체는 흑연면(graphite sheet)이 나노 크기 직경의 실린더 형태를 가지며, sp2결합 구조를 갖는다. 이때 상기 흑연면이 말리는 각도 및 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 나타낼 수 있다. 상기 번들형 탄소나노튜브는 인탱글형(entangled type) 탄소나노튜브에 비해 음극 제조 시 균일하게 분산될 수 있으며, 음극 내 도전성 네트워크를 원활하게 형성하여, 음극의 도전성이 개선될 수 있다. In this specification, the linear conductive material may be a carbon nanotube. The carbon nanotubes may be bundled carbon nanotubes. The bundled carbon nanotubes may include a plurality of carbon nanotube units. Specifically, the 'bundle type' herein means, unless otherwise stated, a bundle in which a plurality of carbon nanotube units are arranged side by side or entangled with the longitudinal axis of the carbon nanotube units in substantially the same orientation. It refers to a secondary shape in the form of a bundle or rope. The carbon nanotube unit has a graphite sheet in the shape of a cylinder with a nano-sized diameter and an sp 2 bond structure. At this time, the characteristics of a conductor or semiconductor can be displayed depending on the angle and structure at which the graphite surface is rolled. Compared to entangled type carbon nanotubes, the bundled carbon nanotubes can be uniformly dispersed when manufacturing a cathode, and can smoothly form a conductive network within the cathode, improving the conductivity of the cathode.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 음극 도전재일 수 있다.In another embodiment of the present specification, the conductive material may be a negative conductive material.

본 명세서에서, 음극 도전재는 음극에 적용되는 것으로, 양극에 적용되는 양극 도전재와는 전혀 별개의 구성을 갖는다. 즉, 음극 도전재의 경우 충전 및 방전에 의해서 음극의 부피 팽창이 매우 큰 실리콘계 활물질들 사이의 접점을 잡아주는 역할을 하는 것인 반면, 양극 도전재는 압연될 때 완충 역할의 버퍼 역할을 하면서 일부 도전성을 부여하는 역할을 하므로, 음극 도전재와 양극 도전재는 그 구성 및 역할이 서로 상이하다.In this specification, the negative electrode conductive material is applied to the negative electrode and has a completely separate configuration from the positive electrode conductive material applied to the positive electrode. In other words, in the case of the negative electrode conductive material, it serves to hold the contact point between silicon-based active materials whose volume expansion of the negative electrode is very large due to charging and discharging, while the positive conductive material acts as a buffer and retains some conductivity when rolled. Since they play a role in providing energy, the composition and role of the cathode conductive material and the anode conductive material are different from each other.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더는 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 2 중량부 이상 30 중량부 이하일 수 있다.In one embodiment of the present specification, the binder may be in an amount of 2 parts by weight or more and 30 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the anode composition.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 바인더는 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 30 중량부 이하, 바람직하게는 25 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 20 중량부 이하를 포함할 수 있거나, 또는 2 중량부 이상, 5 중량부 이상, 10 중량부 이상일 수 있다.In another embodiment of the present specification, the binder may include 30 parts by weight or less, preferably 25 parts by weight or less, more preferably 20 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the anode composition. It may be more than 5 parts by weight, or more than 10 parts by weight.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 바인더는 음극 바인더일 수 있다.In another embodiment of the present specification, the binder may be a negative binder.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더의 중량 평균 분자량은 100,000g/mol 이상 1,500,000g/mol 이하일 수 있다. In one embodiment of the present specification, the weight average molecular weight of the binder may be 100,000 g/mol or more and 1,500,000 g/mol or less.

상기 실시상태에 따르면, 상기 바인더의 중량 평균 분자량이 상술한 범위를 만족함으로써 기계적 강도가 우수하고, 분자간의 interaction이 높아 바인더의 결착력이 우수한 특징을 갖게 된다. 또한 상기 범위를 만족하는 경우 바인더의 점도를 적절한 범위로 선정할 수 있어, 이를 이용하여 음극을 제조하는 경우 코팅성이 우수한 특징을 갖게 된다.According to the above embodiment, the weight average molecular weight of the binder satisfies the above-mentioned range, thereby providing excellent mechanical strength and high interaction between molecules, so that the binder has excellent binding power. In addition, when the above range is satisfied, the viscosity of the binder can be selected in an appropriate range, and when a cathode is manufactured using this, it has excellent coating properties.

본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더는 수계 바인더이고, 상기 수계 바인더는 적어도 1개의 카르복실기를 갖는 고분자 수지로 포함하는 카르복실메틸 셀룰로스계 및 이의 유도체, 폴리아크릴산(PAA: polyacrylic acid)계, 폴리비닐알콜(PVA:polyvinyl alcohol)계, 폴리아크릴로나이트릴(PAN:polyacrylonitrile)계, 및 폴리아크릴아미드(PAM:polyacryl amide)계로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment of the present specification, the binder is an aqueous binder, and the aqueous binder is a carboxymethyl cellulose-based and derivative thereof containing a polymer resin having at least one carboxyl group, a polyacrylic acid (PAA: polyacrylic acid)-based, It may include one or more selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), and polyacryl amide (PAM).

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 수계 바인더는 (메트)아크릴아미드, (메트)아크릴산 및 (메트)아크릴로나이트릴로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 단량체를 포함하는 중합체일 수 있다.In another embodiment of the present specification, the water-based binder may be a polymer containing one or more monomers selected from the group consisting of (meth)acrylamide, (meth)acrylic acid, and (meth)acrylonitrile.

본 명세서에서, 상기 바인더의 제조를 위해, 중합개시제가 사용되며, 상기 중합개시제의 예로서 암모늄 퍼설페이트를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In this specification, a polymerization initiator is used to prepare the binder, and ammonium persulfate may be used as an example of the polymerization initiator, but is not limited thereto.

본 명세서에서, 상기 바인더가 특정 비율(중량부 또는 무게비로 표현)을 갖는 복수의 화합물을 포함하는 것은 각 화합물(예: 아크릴아마이드, 아크릴산, 아크릴로나이트릴)을 바인더 중합체의 단량체로서 포함됨을 의미할 수 있다.In this specification, the fact that the binder includes a plurality of compounds having a specific ratio (expressed in parts by weight or weight ratio) means that each compound (e.g., acrylamide, acrylic acid, acrylonitrile) is included as a monomer of the binder polymer. can do.

본 명세서에서, 상기 바인더가 복수의 화합물을 단량체로 포함하고, 가장 많은 함량의 단량체를 대표로 간주하여, “단량체”계 화합물로 명명할 수 있다.In the present specification, the binder includes a plurality of compounds as monomers, and the monomer with the highest content is regarded as the representative, and may be referred to as a “monomer”-based compound.

본 명세서에서, 용어 “(메트)아크릴”은 메타크릴 및/또는 아크릴을 의미할 수 있다.As used herein, the term “(meth)acrylic” may mean methacrylic and/or acrylic.

본 명세서에서, 상기 바인더 재료가 2종 이상이 사용되어 2 이상의 단량체를 갖는 공중합체을 제조하는 경우, 수계 바인더에 속하는 한, 각 단량체의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니다.In this specification, when two or more types of binder materials are used to produce a copolymer having two or more monomers, the ratio of each monomer is not particularly limited as long as it belongs to an aqueous binder.

<음극 슬러리><Cathode slurry>

본 발명의 일 실시상태는 상술한 음극 조성물 및 용매를 포함하는 음극 슬러리를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a cathode slurry containing the above-described cathode composition and solvent.

본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 용매는 당 업계에 공지되어 있는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 용매는 물(예: 증류수) 또는 NMP일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the solvent may include those known in the art. For example, the solvent may be water (eg, distilled water) or NMP, but is not limited thereto.

경우에 따라, 상기 실리콘계 활물질의 평균 입경(D50)을 적절히 조절하거나, 입자의 비표면적을 적절히 조절함으로써, 음극 슬러리의 점도를 적정 범위로 제어할 수 있다. 음극 슬러리의 점도를 적정 범위로 제어할 경우, 슬러리 내 구성성분(예: 도전재, 바인더, 실리콘계 활물질, 탄소계 활물질 등)의 분산이 개선될 수 있다. 이에 따라, 상기 구성성분 간의 접촉 면적이 개선되어, 도전 네트워크가 지속될 수 있으며, 용량 유지율이 증가될 수 있고, 충전 및 방전 시 전류 밀도 불균일 현상도 방지될 수 있다. In some cases, the viscosity of the negative electrode slurry can be controlled to an appropriate range by appropriately adjusting the average particle diameter (D50) of the silicon-based active material or the specific surface area of the particles. When the viscosity of the negative electrode slurry is controlled to an appropriate range, the dispersion of components (e.g., conductive material, binder, silicon-based active material, carbon-based active material, etc.) in the slurry can be improved. Accordingly, the contact area between the components is improved, so that the conductive network can be maintained, the capacity maintenance rate can be increased, and current density unevenness during charging and discharging can also be prevented.

경우에 따라, 상기 음극 슬러리의 점도를 5000 cps ~ 6000 cps가 되도록 조절할 수 있다. 상기 점도 범위를 만족하는 경우, 저장성이 우수하며, 음극 슬러리를 향후 음극 집전체층의 일면 또는 양면에 코팅 시 코팅성이 우수하다.In some cases, the viscosity of the cathode slurry can be adjusted to 5000 cps to 6000 cps. When the above viscosity range is satisfied, storage properties are excellent, and coating properties are excellent when the negative electrode slurry is coated on one or both sides of the negative electrode current collector layer in the future.

<음극><Cathode>

본 명세서의 일 실시상태는 음극 집전체층; 및 상기 음극 집전체층의 일면 또는 양면에 상술한 음극 슬러리가 도포된 음극 활물질층을 포함하는 음극 을 제공한다.An exemplary embodiment of the present specification includes a negative electrode current collector layer; and a negative electrode active material layer in which the negative electrode slurry described above is applied to one or both sides of the negative electrode current collector layer.

본 명세서에서, 상기 음극 집전체층은 일반적으로 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체층은, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In this specification, the negative electrode current collector layer generally has a thickness of 1㎛ to 100㎛. This negative electrode current collector layer is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. Surface treatment of carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, the bonding power of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.

본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 음극 집전체층의 두께는 1μm 이상 100μm 이하이며, 상기 음극 활물질층의 두께는 20μm 이상 500μm 이하인 것인 리튬 이차 전지용 음극을 제공한다.In another embodiment of the present specification, a negative electrode for a lithium secondary battery is provided, wherein the negative electrode current collector layer has a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less, and the negative electrode active material layer has a thickness of 20 μm or more and 500 μm or less.

다만, 두께는 사용되는 음극의 종류 및 용도에 따라 다양하게 변형할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. However, the thickness may vary depending on the type and purpose of the cathode used and is not limited to this.

<리튬 이차 전지><Lithium secondary battery>

본 발명의 일 실시상태는 제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 분리막; 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지로서, 상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 어느 하나는 상술한 음극인 것인 리튬 이차 전지를 제공한다.One embodiment of the present invention includes a first electrode; second electrode; a separator provided between the first electrode and the second electrode; and an electrolyte, wherein either the first electrode or the second electrode is the negative electrode described above.

구체적으로, 상기 제1 전극이 상술한 음극이고, 상기 제2 전극이 양극일 수 있거나 또는 상기 제1 전극이 양극이고, 상기 제2 전극이 상술한 음극일 수 있다. Specifically, the first electrode may be the above-described cathode and the second electrode may be the anode, or the first electrode may be the anode and the second electrode may be the above-described cathode.

본 명세서에서, 양극은 본 발명 범위를 벗어나지 않는 한, 공지의 양극 재료를 사용할 수 있다.In this specification, known positive electrode materials can be used as the positive electrode as long as they do not deviate from the scope of the present invention.

구체적으로, 상기 리튬 이차 전지는 음극, 양극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해질을 포함할 수 있으며, 상기 음극은 상술한 음극과 동일하다. 상기 음극에 대해서는 상술하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.Specifically, the lithium secondary battery may include a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and the negative electrode is the same as the negative electrode described above. Since the cathode has been described above, detailed description will be omitted.

상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성되며, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함할 수 있다.The positive electrode is formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, and may include a positive electrode active material layer containing the positive electrode active material.

상기 양극에 있어서, 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 3㎛ 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.In the positive electrode, 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, fired carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , surface treated with nickel, titanium, silver, etc. can be used. In addition, the positive electrode current collector may typically have a thickness of 3㎛ 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.

상기 양극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiFe3O4 등의 리튬 철 산화물; 화학식 Li1+c1Mn2-c1O4 (0≤c1≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-c2Mc2O2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤c2≤0.3를 만족한다)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-c3Mc3O2 (여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 및 Ta 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤c3≤0.1를 만족한다) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M은 Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이다.)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 양극은 Li-metal일 수도 있다.The positive electrode active material may be a commonly used positive electrode active material. Specifically, the positive electrode active material is a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium iron oxide such as LiFe 3 O 4 ; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+c1 Mn 2-c1 O 4 (0≤c1≤0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Chemical formula LiNi 1-c2 M c2 O 2 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B and Ga, and satisfies 0.01≤c2≤0.3). Ni site-type lithium nickel oxide; Chemical formula LiMn 2-c3 M c3 O 2 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cr, Zn and Ta, and satisfies 0.01≤c3≤0.1) or Li 2 Mn 3 MO lithium manganese composite oxide represented by 8 (where M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu and Zn); Examples include LiMn 2 O 4 in which part of Li in the chemical formula is replaced with an alkaline earth metal ion, but it is not limited to these. The anode may be Li-metal.

상기 양극 활물질층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 양극 도전재 및 양극 바인더를 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer may include the positive electrode active material described above, a positive conductive material, and a positive electrode binder.

이때, 상기 양극 도전재는 양극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 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. At this time, the positive electrode conductive material is used to provide conductivity to the positive electrode, and can be used without particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity in the battery being constructed. 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; Alternatively, conductive polymers such as polyphenylene derivatives may be used, and one of these may be used alone or a mixture of two or more may be used.

또, 상기 양극 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 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.Additionally, the positive electrode binder serves to improve adhesion between positive electrode active material particles and adhesion between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose (CMC), Starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluoroelastomer. , or various copolymers thereof, etc., of which one type alone or a mixture of two or more types may be used.

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 전해질 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 moisture capacity. 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 이차 전지 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(NMP), 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 (NMP), propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, 1, 2-dimethoxy ethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxoran, formamide, dimethylformamide, dioxoran, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, acetic acid Methyl, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxoren derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ether, pyropionic acid Aprotic organic solvents such as methyl and ethyl propionate can 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 be preferably used because they easily dissociate lithium salts. These cyclic carbonates include dimethyl carbonate and diethyl carbonate. If linear carbonates of the same low viscosity and low dielectric constant are 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 전해질에 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 군에서 선택되는 1 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. 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 selected from the group consisting of CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - can 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 일 실시상태는 상기 리튬 이차 전지를 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 리튬 이차 전지를 포함하므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다.One embodiment of the present invention provides a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same. The battery module and battery pack include the lithium secondary battery with high capacity, high rate characteristics, and cycle characteristics, and are therefore medium to large-sized batteries 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 for devices.

도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 음극 조성물을 포함하는 전지용 파우치에 저장 후 일정 시간이 지난 상태의 사진이며 도 2는 종래 기술에 따른 전극 조성물을 포함하는 전지용 파우치에 저장 후 일정 시간이 지난 상태의 사진이다. 도 1 및 2 모두 고온 조건(약 60℃)에서 일정 시간(약 24 시간) 동안 저장하는 점에서 동일하지만, 도 1은 수소 기체의 발생이 적어 거의 팽창이 되지 않으며, 도 2는 다량의 수소 기체 발생으로 인하여 팽창이 심한 것을 확인할 수 있다. Figure 1 is a photograph taken a certain time after being stored in a battery pouch containing a negative electrode composition according to an exemplary embodiment of the present application, and Figure 2 is a photograph taken after a certain time has passed after being stored in a battery pouch containing an electrode composition according to the prior art. This is a picture of the condition. Both Figures 1 and 2 are the same in that they are stored for a certain period of time (about 24 hours) under high temperature conditions (about 60°C). However, in Figure 1, there is almost no expansion due to low generation of hydrogen gas, and in Figure 2, a large amount of hydrogen gas is stored. It can be seen that the swelling is severe due to the occurrence.

<음극 조성물의 제조 방법><Method for producing anode composition>

본 발명의 일 실시상태는, 실리콘계 활물질; 도전재; 바인더 및 pH 조절제를 혼합하는 단계를 포함하는 음극 조성물의 제조 방법을 제공하며, 상기 pH 조절제를 통해 상기 혼합 단계의 중간에 상기 음극 조성물을 pH 5 이상 pH 7 이하로 조절하거나, 상기 혼합 단계가 종결(예컨대, 균일 혼합물 달성 시)한 다음에 상기 음극 조성물을 pH 5 이상 pH 7 이하로 조절할 수 있다. One embodiment of the present invention includes a silicon-based active material; conductive materials; Provided is a method for manufacturing a negative electrode composition comprising the step of mixing a binder and a pH adjusting agent, wherein the negative electrode composition is adjusted to pH 5 or higher and pH 7 or lower in the middle of the mixing step through the pH adjusting agent, or the mixing step is terminated. (For example, when achieving a homogeneous mixture), the anode composition can then be adjusted to pH 5 or more and pH 7 or less.

본 명세서에서, 상기 실리콘계 활물질; 도전재; 바인더; 및 pH 조절제는 상술된 내용과 같다.In this specification, the silicon-based active material; conductive materials; bookbinder; and the pH adjuster is the same as described above.

<리튬 이차 전지의 제조 방법><Manufacturing method of lithium secondary battery>

본 발명의 일 실시상태는 상기 음극 조성물과 용매를 혼합하여 음극 슬러리를 제조하는 단계; 전극 집전체층의 일면 또는 양면에 상기 음극 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 음극 슬러리가 도포된 전극 집전체층을 건조하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지의 제조 방법을 제공하며, 상기 음극 조성물, 상기 용매, 음극 집전체층, 도포는 상술한 바와 같다.One embodiment of the present invention includes preparing a negative electrode slurry by mixing the negative electrode composition and a solvent; Applying the negative electrode slurry to one or both sides of an electrode current collector layer; and drying the electrode current collector layer to which the negative electrode slurry is applied. The negative electrode composition, the solvent, the negative electrode current collector layer, and the application are as described above.

본 명세서에서, 건조는 공기 건조 등의 공지된 방법을 사용한다.In this specification, drying uses known methods such as air drying.

본 명세서에서, 상기 단계 이후 적용되는 압연 등의 단계는 당 업계에 공지된 바와 같다.In this specification, steps such as rolling applied after the above steps are known in the art.

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.

제조예. 수계 바인더의 제조Manufacturing example. Preparation of water-based binder

<제조예 1><Manufacturing Example 1>

교반기, 온도계, 환류냉각기, 질소가스 유입관을 구비한 반응기에, 아크릴아미드(Acryl amide, 50% 수용액), AA(acrylic acid, 80% 수용액)을 사용하여 몰비 6:4의 비율로 혼합하고, 80℃에서 5시간 동안 반응시켜 수계 중합체(폴리아크릴 아마이드 고분자, 수용액 상태)를 제조하였다.In a reactor equipped with a stirrer, thermometer, reflux cooler, and nitrogen gas inlet pipe, acryl amide (50% aqueous solution) and AA (acrylic acid, 80% aqueous solution) were mixed at a molar ratio of 6:4, An aqueous polymer (polyacrylamide polymer, aqueous solution) was prepared by reacting at 80°C for 5 hours.

그런 다음, NaOH 0.1 몰농도(M) 수용액을 상기 수계 중합체에 적하하여 pH= 7.8의 수계 바인더를 제조하였다.Then, an aqueous NaOH solution of 0.1 molar concentration (M) was added dropwise to the aqueous polymer to prepare an aqueous binder with pH = 7.8.

실시예. 음극 슬러리의 제조Example. Preparation of cathode slurry

<실시예 1><Example 1>

음극 활물질로서 d50=5.2㎛인 Si를 사용하고, 도전재로서 카본 블랙(제품명: Super C65, Timcal사), 인조 흑연(제품명: SFG6L, Timcal사) 및 SWCNT 3종을 사용하고, 바인더로서 상기 제조예 1에서 제조된 수계 바인더를 사용하여, Si: C65 : SFG6L : SWCNT: 바인더 = 80 : 3 : 8.5 : 0.5 : 8 (중량비 기준)가 되도록 혼합하여, 음극 조성물을 준비하였다. 여기에, 상기 전극 조성물의 최종 pH가 5.2가 되도록 1M의 옥살산(pH 조절제)을 첨가하였다.As a negative electrode active material, Si with d50 = 5.2㎛ was used, as a conductive material, carbon black (product name: Super C65, Timcal), artificial graphite (product name: SFG6L, Timcal), and three types of SWCNT were used, and as a binder, the product prepared above was used. Using the water-based binder prepared in Example 1, a negative electrode composition was prepared by mixing Si: C65: SFG6L: SWCNT: binder = 80: 3: 8.5: 0.5: 8 (based on weight ratio). Here, 1M oxalic acid (pH adjuster) was added so that the final pH of the electrode composition was 5.2.

그런 다음, 용매로서 물을 첨가하였으며, 물의 함량은 코팅성, 점도, 고형분을 감안하여, 얻어진 음극 슬러리의 점도가 5000 cps ~ 6000 cps가 되도록 조절하였다.Then, water was added as a solvent, and the water content was adjusted so that the viscosity of the obtained cathode slurry was 5000 cps to 6000 cps, taking into account coating properties, viscosity, and solid content.

<실시예 2><Example 2>

음극 활물질로서 d50=5.2㎛인 Si를 사용하고, 도전재로서 카본 블랙(제품명: Super C65, Timcal사), 인조 흑연(제품명: SFG6L, Timcal사) 및 SWCNT 3종을 사용하고, 제조예 1에서 제조된 수계 바인더를 사용하여, Si : C65 : SFG6L : SWCNT : 바인더 = 80 : 3 : 8.5 : 0.5 : 8 (중량비 기준)이 되도록 혼합하여, 음극 조성물을 준비하였다. 여기에, 상기 전극 조성물의 최종 pH가 5.5가 되도록 0.0001M의 황산(pH 조절제)을 첨가하였다.Si with d50 = 5.2㎛ was used as the negative electrode active material, and three types of carbon black (product name: Super C65, Timcal), artificial graphite (product name: SFG6L, Timcal), and SWCNT were used as conductive materials, and in Preparation Example 1 Using the prepared water-based binder, a negative electrode composition was prepared by mixing Si:C65:SFG6L:SWCNT:binder = 80:3:8.5:0.5:8 (based on weight ratio). Here, 0.0001M sulfuric acid (pH adjuster) was added so that the final pH of the electrode composition was 5.5.

그런 다음, 용매로서 물을 첨가하였으며, 물의 함량은 코팅성, 점도, 고형분을 감안하여 조절하였다. 얻어진 음극 슬러리의 점도는 5000 cps 내지 6000 cps가 되도록 조절하였다.Then, water was added as a solvent, and the water content was adjusted considering coating properties, viscosity, and solid content. The viscosity of the obtained cathode slurry was adjusted to be 5000 cps to 6000 cps.

<실시예 3><Example 3>

음극 활물질로 인조 흑연(QCG-N2, Shanshan사):Si=90:10의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다.A negative electrode slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of artificial graphite (QCG-N2, Shanshan Company):Si=90:10 was used as the negative electrode active material.

<실시예 4><Example 4>

음극 활물질로 인조 흑연:SiC(SD5100A, Sila nano사)=90:10의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다.A negative electrode slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that a mixture of artificial graphite:SiC (SD5100A, Sila nano) = 90:10 was used as the negative electrode active material.

<비교예 1><Comparative Example 1>

음극 활물질로서 d50=5.2㎛인 Si를 사용하고, 도전재로서 카본 블랙(제품명: Super C65, Timcal사), 인조 흑연(제품명: SFG6L, Timcal사) 및 SWCNT 3종을 사용하고, 바인더로서 제조예 1에서 제조된 수계 바인더를 사용하여, Si : C65 : SFG6L : SWCNT : 바인더 = 80 : 3 : 8.5 : 0.5 : 8(중량비 기준)이 되도록 혼합하여 음극 조성물을 준비하였다. Si with d50 = 5.2㎛ was used as the negative electrode active material, three types of carbon black (product name: Super C65, Timcal), artificial graphite (product name: SFG6L, Timcal) and SWCNT were used as the conductive material, and as a binder, a production example was prepared. Using the water-based binder prepared in 1, a negative electrode composition was prepared by mixing Si:C65:SFG6L:SWCNT:binder = 80:3:8.5:0.5:8 (based on weight ratio).

그런 다음, 용매로서 물을 첨가하였으며, 물의 함량은 코팅성, 점도, 고형분을 감안하여, 얻어진 음극 슬러리의 점도가 5000 cps 내지 6000 cps의 범위 이내에 속하도록 조절하였다.(단, 전극 조성물 상태의 pH = 7.4)Then, water was added as a solvent, and the water content was adjusted so that the viscosity of the obtained cathode slurry was within the range of 5000 cps to 6000 cps, taking into account coating properties, viscosity, and solid content. (However, the pH of the electrode composition was = 7.4)

<비교예 2><Comparative Example 2>

음극 활물질로서 인조 흑연(QCG-N2, Shanshan사) : Si = 90 : 10의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다. (단, 전극 조성물 상태의 pH = 7.6)A negative electrode slurry was prepared in the same manner as Comparative Example 1, except that a mixture of artificial graphite (QCG-N2, Shanshan Company): Si = 90: 10 was used as the negative electrode active material. (However, pH of the electrode composition = 7.6)

<비교예 3><Comparative Example 3>

음극 활물질로서 인조 흑연:SiC=90:10의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다. (단, 전극 조성물 상태의 pH = 7.5)A negative electrode slurry was prepared in the same manner as Comparative Example 1, except that a mixture of artificial graphite:SiC=90:10 was used as the negative electrode active material. (However, pH of the electrode composition = 7.5)

<비교예 4><Comparative Example 4>

비교예 1에서, 추가로 0.0001M의 질산을 전극 조성물의 최종 pH가 4.2가 되도록 첨가하는 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다. In Comparative Example 1, a negative electrode slurry was prepared in the same manner as Comparative Example 1, except that 0.0001M nitric acid was additionally added so that the final pH of the electrode composition was 4.2.

<비교예 5> <Comparative Example 5>

비교예 1에서, 천연 흑연 100%를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 음극 슬러리를 제조하였다. In Comparative Example 1, a negative electrode slurry was prepared in the same manner as Comparative Example 1, except that 100% natural graphite was used.

실험예.Experiment example.

<실험예 1: 수소 기체 발생량 평가><Experimental Example 1: Evaluation of hydrogen gas generation>

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 음극 슬러리를 60℃의 온도에서 하루 동안 보관하여 수소 기체 발생량을 측정하였다. The cathode slurries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were stored at a temperature of 60°C for one day and the amount of hydrogen gas generated was measured.

구체적으로, 상기 수소 기체 발생량은 구체적으로 9cm × 9cm 크기의 파우치에 음극 슬러리를 각각 5g 넣어 실링한 후 다음, 60℃의 항온 챔버에 24h 동안 방치하고, 상기 파우치에 발생한 기체를 포집하여 GC/MS로 정량 분석하여 수득할 수 있다.Specifically, the amount of hydrogen gas generated was measured by sealing 5 g of cathode slurry in each 9 cm It can be obtained by quantitative analysis.

<실험예 2: 전지 제조 및 전지 특성 평가><Experimental Example 2: Battery manufacturing and battery characteristic evaluation>

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 음극 슬러리를 각각 두께 18㎛의 동박에 코팅해서 건조시키고, 상기 동박의 한면에 두께 50㎛의 활물질층을 형성하였고, 직경 14Φ(mm)의 원형으로 펀칭해서 시험용 전극(음극)을 제조하였다. 양극으로 두께 0.3mm의 금속 리튬박을 사용하였다. 분리막으로 두께 0.1mm의 다공질 폴리에틸렌 시트를 사용하였다. 또한, 전해액으로 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)의 체적비 1:1의 혼합 용매에, 리튬염으로써 LiPF6를 약 1몰/L의 농도로 용해시킨 것을 사용하였다.The negative electrode slurries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were each coated on copper foil with a thickness of 18㎛ and dried, and an active material layer with a thickness of 50㎛ was formed on one side of the copper foil, and was formed into a circle with a diameter of 14Φ (mm). A test electrode (cathode) was manufactured by punching. Metal lithium foil with a thickness of 0.3 mm was used as the anode. A porous polyethylene sheet with a thickness of 0.1 mm was used as a separator. In addition, as an electrolyte, LiPF 6 as a lithium salt was dissolved at a concentration of about 1 mol/L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 1:1.

상기 음극, 양극, 분리막 및 전해액을 스테인리스 용기안에 밀봉하여, 두께 2mm, 직경 32mm의 평가용 코인 셀을 제조하였다. 상기 코인 셀을 0.05C의 정전류로 전압이 0.01V가 될 때까지 충전하고 0.05C의 정전류로 전압이 1.0V이 될 때까지 방전하여 초기 (방전) 용량을 구하였으며, 이후 사이클 특성은 0.2C의 정전류로 위와 동일한 전압범위에서 실시하여 용량 유지율 시험을 진행하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The cathode, anode, separator, and electrolyte were sealed in a stainless steel container to prepare a coin cell for evaluation with a thickness of 2 mm and a diameter of 32 mm. The coin cell was charged at a constant current of 0.05C until the voltage reached 0.01V and discharged at a constant current of 0.05C until the voltage reached 1.0V to obtain the initial (discharge) capacity. Afterwards, the cycle characteristics were 0.2C. The capacity retention rate test was conducted at a constant current in the same voltage range as above, and the results are shown in Table 1 below.

실험
내용
Experiment
detail
실시예
1
Example
One
실시예
2
Example
2
실시예
3
Example
3
실시예
4
Example
4
비교예 1Comparative Example 1 비교예
2
Comparative example
2
비교예 3Comparative Example 3 비교예
4
Comparative example
4
비교예
5
Comparative example
5
비고note
H2 기체 발생량(μL)H 2 gas generation (μL) 120120 150150 6262 9595 86,20086,200 28,00028,000 38,00038,000 4242 55 용량유지율(%)Capacity maintenance rate (%) 8686 8383 8080 8585 8484 8181 8484 5555 9191 30 cycle30 cycle 초기 용량(mAh/g)Initial capacity (mAh/g) 34503450 34703470 680680 480480 33003300 630630 460460 34603460 370370

상기 표 1에 기재된 바와 같이, pH 조절제로 전극 조성물의 pH가 5 이상 7이하의 범위를 만족하는 음극 슬러리를 사용한 전지(실시예 1 내지 4)는 비교예 1 내지 4 대비, 수소 기체의 발생량이 적은 동시에 사이클 용량 유지율이 우수함을 알 수 있다.As shown in Table 1, the battery (Examples 1 to 4) using a negative electrode slurry as a pH adjuster satisfying the pH of the electrode composition within the range of 5 to 7 had a higher amount of hydrogen gas generated compared to Comparative Examples 1 to 4. It can be seen that the cycle capacity maintenance rate is excellent at the same time.

구체적으로, 전극 조성물의 pH가 5 미만인 비교예 4의 경우, 수소 기체 발생량은 낮지만, Si를 음극 활물질로 사용함에도 불구하고 용량 유지율이 매우 낮았다. 또한, 바인더의 pH가 7을 초과하는 비교예 1 내지 3의 경우, 용량 유지율이 80% 이상으로 높더라도 수소 기체 발생량이 28,000 μL 이상인 점에서 음극 조성물로서 적합하지 않을 것임을 알 수 있다.Specifically, in the case of Comparative Example 4, where the pH of the electrode composition was less than 5, the amount of hydrogen gas generated was low, but the capacity retention rate was very low despite using Si as the negative electrode active material. In addition, in the case of Comparative Examples 1 to 3 in which the pH of the binder exceeds 7, it can be seen that even though the capacity retention rate is as high as 80% or more, the amount of hydrogen gas generated is more than 28,000 μL, so it is not suitable as a negative electrode composition.

또한, 비교예 5는 흑연으로 전극 음물질이 구성되고, 용량 유지율과 수소 기체 발생량은 양호하지만, 초기 용량이 400 mAh/g 미만인 점에서 고용량의 전지 제조에 적합하지 않아 부적합한 것으로 판단된다.In addition, in Comparative Example 5, the electrode negative material was made of graphite, and the capacity retention rate and hydrogen gas generation amount were good, but the initial capacity was less than 400 mAh/g, so it was judged to be unsuitable for manufacturing high-capacity batteries.

Claims (12)

실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질; 도전재; 바인더; 및 pH 조절제를 포함하고,
25℃에서 측정시 pH가 5 이상 7 이하인 것인 음극 조성물.
A negative electrode active material containing a silicon-based active material; conductive materials; bookbinder; And a pH adjuster,
A negative electrode composition having a pH of 5 or more and 7 or less when measured at 25°C.
청구항 1에 있어서,
상기 pH 조절제는 푸마르산, 글루타르산, 옥살산, 말론산, 석신산, 말레산, 팔미트산, 타타르산, 포름산, 아세트산, 글리콜산, 황산, 염산, 인산, 질산, 설폰산, 아미노설폰산, 수산화리튬 및 수산화나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
The pH adjusting agent includes fumaric acid, glutaric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, palmitic acid, tartaric acid, formic acid, acetic acid, glycolic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, sulfonic acid, aminosulfonic acid, A negative electrode composition comprising at least one selected from the group consisting of lithium hydroxide and sodium hydroxide.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질은 상기 음극 조성물 100 중량부 기준 60 중량부 이상인 음극 조성물.
In claim 1,
The negative electrode active material is 60 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the negative electrode composition.
청구항 1에 있어서,
상기 음극 활물질은 탄소계 활물질을 더 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
The negative electrode composition further includes a carbon-based active material.
청구항 1에 있어서,
상기 실리콘계 활물질은 SiOx (x=0), SiOx (0<x<2), SiC 및 Si 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
A negative electrode composition wherein the silicon-based active material includes one or more selected from the group consisting of SiOx (x=0), SiOx (0<x<2), SiC, and Si alloy.
청구항 1에 있어서,
상기 실리콘계 활물질은 SiOx (x=0) 및 SiOx (0<x<2)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하며, 상기 실리콘계 활물질 100 중량부 기준 상기 SiOx (x=0)를 70 중량부 이상 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
The silicon-based active material includes one or more selected from the group consisting of SiOx (x=0) and SiOx (0<x<2), and the SiOx (x=0) is contained in an amount of 70 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the silicon-based active material. A cathode composition comprising:
청구항 4에 있어서,
상기 탄소계 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본 및 소프트카본으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 4,
A negative electrode composition wherein the carbon-based active material includes at least one selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, hard carbon, and soft carbon.
청구항 1에 있어서,
상기 도전재는 점형 도전재, 면형 도전재 및 선형 도전재로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
A negative electrode composition wherein the conductive material includes at least one selected from the group consisting of a point-shaped conductive material, a planar conductive material, and a linear conductive material.
청구항 1에 있어서,
상기 바인더는 수계 바인더이고,
상기 수계 바인더는 적어도 1개의 카르복실기를 갖는 고분자 수지로 포함하는 카르복실메틸 셀룰로스계 및 이의 유도체, 폴리아크릴산(PAA: polyacrylic acid)계, 폴리비닐알콜(PVA:polyvinyl alcohol)계, 폴리아크릴로나이트릴(PAN:polyacrylonitrile)계 및 폴리아크릴아미드(PAM:polyacryl amide)계로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 음극 조성물.
In claim 1,
The binder is an aqueous binder,
The water-based binder is a polymer resin having at least one carboxyl group, such as carboxymethyl cellulose and its derivatives, polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), and polyacrylonitrile. A negative electrode composition comprising at least one selected from the group consisting of (PAN: polyacrylonitrile) and polyacrylamide (PAM: polyacryl amide).
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 음극 조성물 및 용매를 포함하는 것인 음극 슬러리.A negative electrode slurry comprising the negative electrode composition according to any one of claims 1 to 9 and a solvent. 음극 집전체층; 및
상기 음극 집전체층의 일면 또는 양면에 청구항 10에 따른 음극 슬러리가 도포된 음극 활물질층을 포함하는 음극.
Negative current collector layer; and
A negative electrode including a negative electrode active material layer coated with the negative electrode slurry according to claim 10 on one or both sides of the negative electrode current collector layer.
제1 전극; 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 분리막 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지로서,
상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 어느 하나는 청구항 11에 따른 음극인 것인 리튬 이차 전지.
first electrode; second electrode; A lithium secondary battery comprising a separator and an electrolyte provided between the first electrode and the second electrode,
A lithium secondary battery, wherein either the first electrode or the second electrode is the negative electrode according to claim 11.
KR1020230189478A 2022-12-26 2023-12-22 Negative electrode composition, methode for preparing thereof, negative electrode slurry, negative electrode and lithium secondary battery KR20240104013A (en)

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