WO2019182361A1 - 음극의 제조방법 및 이로부터 제조된 음극 - Google Patents

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pattern
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lithium metal
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채오병
우상욱
김제영
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a negative electrode, and more particularly, to a method of manufacturing a pre-lithiated negative electrode that can improve the initial efficiency of the negative electrode.
  • lithium secondary batteries having high energy density and voltage, long cycle life, and low discharge rate have been commercialized and widely used.
  • the lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to separate them, and an electrolytic solution in electrochemical communication with the positive electrode and the negative electrode.
  • Such lithium secondary batteries are typically manufactured using a compound containing lithium, such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , in the positive electrode, and a material in which lithium, such as carbon or Si, is not inserted in the negative electrode.
  • a compound containing lithium such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4
  • Lithium which moves from the anode to the cathode during the charging reaction, reacts with the electrolyte to form a solid electrolyte interface (SEI), which is a kind of passivation film on the surface of the cathode.
  • SEI solid electrolyte interface
  • This SEI can stabilize the structure of the negative electrode by inhibiting the movement of electrons required for the reaction between the negative electrode and the electrolyte solution, thereby preventing the decomposition reaction of the electrolyte, and also leads to the consumption of lithium ions because of the irreversible reaction. That is, lithium consumed by the formation of SEI does not return to the positive electrode in the subsequent discharge process, thereby reducing the capacity of the battery, and this phenomenon is called irreversible capacity.
  • the charge and discharge efficiency of the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery is not 100% completely, as the number of cycles proceeds, consumption of lithium ions occurs, which leads to a decrease in electrode capacity, resulting in a decrease in cycle life.
  • a Si-based material is used for the purpose of high capacity as a cathode, a problem of low initial efficiency due to lithium depletion due to high initial irreversible capacity has been raised.
  • lithium metal is attached to a negative electrode material or a negative electrode layer including the same by deposition or powder coating, and a battery cell is assembled by interposing a negative electrode, a positive electrode, and a separator therebetween.
  • electrolyte is injected.
  • lithium is ionized by the reaction of the lithium metal attached to the negative electrode layer and the electrolyte solution and is inserted into the negative electrode layer, and the position where the lithium ions escape from the lithium metal remains as an empty space inside the cell. do.
  • the phenomenon of lifting of the positive electrode / separator / negative electrode constituting the cell is caused, and charging and discharging are not smooth.
  • lithium metal used for prelithiation is expensive, it is economically disadvantageous when it is attached to the entire negative electrode, and due to excess lithium, the reduction reaction of the electrolyte increases during prelithiation due to excess lithium, consuming excessive electrolyte and by-products. May cause electrochemical side effects.
  • an object of the present invention is an economical method without waste of lithium metal in the prelithiation process for compensating the irreversible capacity of the negative electrode in the production of a lithium secondary battery To provide a method capable of improving contact between the positive electrode / separator / negative electrode after battery production.
  • Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery produced by the above method.
  • the first aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery, wherein the manufacturing method includes (S1) coating a negative electrode slurry including a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent on at least one surface of a current collector, and drying and rolling Preparing a preliminary negative electrode by forming a negative electrode active material layer; (S2) coating a lithium metal foil on a surface of the negative electrode active material layer of the preliminary negative electrode in a pattern form in which pattern units are disposed; (S3) punching the negative electrode pattern-coated with the lithium metal foil to obtain a negative electrode unit; (S4) impregnating the negative electrode unit into an electrolyte to produce a pre-lithiated negative electrode; And (S5) assembling the negative electrode prepared in the step S4 together with the positive electrode and the separator, wherein the step (S4) includes the negative electrode while the pattern unit is located at the center of each negative electrode unit. It is punched to a size occupying an area of at least 10%
  • the punching of the preliminary negative electrode is 10% to 70% while the lithium metal foil pattern unit is located at the planar center of the negative electrode unit in the negative electrode unit. It is to be performed in a size occupying an area of
  • a ratio of the width of the lithium metal foil pattern unit to the width of the plain portion where the lithium metal foil pattern is not formed is 99: 1 to 10:90.
  • a ratio of the length of the lithium metal foil pattern unit to the length of the non-coated portion where the lithium metal foil pattern is not formed is 99: 1 to 10:90.
  • the fifth aspect of the invention is in at least one of the first to fourth aspects, in the step (S2), the pattern coating is a temperature of 0.2 degrees Celsius (10 °C) to 200 degrees Celsius (200 °C) and 0.2
  • the compression is carried out under linear pressure conditions of kN / cm to 30 kN / cm.
  • the electrolyte solution impregnation is performed for 2 to 48 hours.
  • step (S3) further comprising the step of washing and drying the pre-lithiated cathode after the electrolyte solution impregnation.
  • the electrolyte solution includes a lithium salt and an organic solvent.
  • the negative electrode active material layer may include Si-based material, Sn-based material, carbon-based material, or a mixture of two or more thereof as an active material.
  • a tenth aspect of the present invention relates to a lithium secondary battery, wherein the lithium secondary battery is manufactured by at least one method of the first to ninth aspects.
  • an initial efficiency and a capacity retention rate of the lithium secondary battery are each 80% or more, and an area of 1 ⁇ m or more spaced apart between the negative electrode and the separator after charge and discharge is the total area of the negative electrode. Is less than 5%.
  • the negative electrode pre-lithiated in a manner of pattern-coating a lithium metal foil on the surface of the negative electrode active material layer and then immersed in an electrolyte solution with a positive electrode and a separator
  • all of the lithium metal is used for prelithiation to ensure initial reversibility without waste of lithium metal, and to minimize the lifting phenomenon between the anode / separator / cathode generated after battery assembly.
  • FIG. 1A to 1D schematically illustrate a manufacturing process of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the pre-lithiated anode through the punching process and the electrolyte impregnation according to Examples 1 to 2 of the present invention.
  • 3a and 3b show the pre-lithiated anode through the punching process, and the electrolyte impregnation after the entire coating of the lithium metal foil according to Comparative Example 1.
  • FIG. 1 schematically shows a manufacturing process of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a negative electrode active material layer 14 is formed on at least one surface of the current collector 12 to prepare a preliminary negative electrode (S1).
  • the preliminary negative electrode may be a plate-type negative electrode sheet for producing a negative electrode. That is, as described below, the preliminary negative electrode may be cut to an appropriate size and shape according to a battery to be finally manufactured, and thus one or more negative electrode members may be produced from the preliminary negative electrode.
  • each of the negative electrode members obtained by cutting from the preliminary negative electrode may be referred to as a negative electrode unit 10 ′.
  • the negative electrode active material layer 14 of the preliminary negative electrode may be formed by coating a negative electrode slurry obtained by dispersing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder in a solvent on at least one surface of the current collector 12, followed by drying and rolling.
  • the negative electrode active material may include a Si-based material, a Sn-based material, a carbon-based material, or a mixture of two or more thereof.
  • the carbonaceous material is a group consisting of crystalline artificial graphite, crystalline natural graphite, amorphous hard carbon, low crystalline soft carbon, carbon black, acetylene black, ketjen black, super P, graphene, and fibrous carbon. It may be one or more selected from, preferably crystalline artificial graphite, and / or crystalline natural graphite.
  • the Si-based material may be Si, SiO, SiO 2 and the like, the Sn-based material may be Sn, SnO, SnO 2 and the like.
  • the negative electrode active material in addition to the above materials, for example, Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me ': Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ metal composite oxides such as z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 and Bi 2 O 5 Metal oxides such as; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide; Lithium
  • the negative active material may be included in an amount of 80 wt% to 99 wt% based on the total weight of the negative electrode slurry.
  • the binder is a component that assists the bonding between the conductive material and the active material or the current collector, and is typically included in an amount of 0.1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the negative electrode slurry composition.
  • binders include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate ( polymethylmethacrylate), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber (SBR), etc. Can be mentioned.
  • the carboxymethyl cellulose (CMC) may be used as a thickener to adjust the viscosity of the slurry.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • carbon such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal black may be used. black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as fluorocarbon, aluminum and nickel powders; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the conductive material may be added in an amount of 0.1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the negative electrode slurry composition.
  • the solvent may include an organic solvent such as water or NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and in an amount that becomes a desirable viscosity when the negative electrode slurry contains a negative electrode active material, and optionally a binder and a conductive material. Can be used.
  • the concentration of solids in the negative electrode slurry may be included in an amount of 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.
  • the current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery.
  • copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, carbon, nickel on the surface of copper or stainless steel , Surface treated with titanium, silver, or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used.
  • the thickness of the current collector is not particularly limited, but may have a thickness of 3 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the coating method of the negative electrode slurry is not particularly limited as long as it is a method commonly used in the art.
  • a coating method using a slot die may be used, and in addition, a Mayer bar coating method, a gravure coating method, an immersion coating method, a spray coating method, or the like may be used.
  • the lithium metal foil 16 is coated on the surface of the negative electrode active material layer 14 of the preliminary negative electrode in a pattern form (S2).
  • the pattern coating may be performed in such a manner that the pattern units 16 ′ of a predetermined size are disposed at predetermined intervals on the surface of the preliminary cathode.
  • the preliminary cathode may be supplied in a roll-to-roll manner.
  • the pattern coating of the lithium metal foil may be performed by cutting the lithium metal foil into a desired size and shape to prepare one or more pattern unit (s), placing them on the surface of the negative electrode active material layer at regular intervals, and compressing the same. .
  • the shape or size of the pattern unit (s) is not limited to a specific one.
  • the pattern unit (s) may be prepared in the shape of a rectangle.
  • the pressing may be performed at a temperature of 10 ° C. to 200 ° C. and a linear pressure condition of 0.2 kN / cm to 30 kN / cm in consideration of the adhesive force between the negative electrode active material layer and the lithium metal foil.
  • the lithium metal foil may have a thickness of 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the pattern unit (s) of the lithium metal foil is punched to a suitable size with a pattern-coated preliminary cathode to obtain a cathode unit (S3).
  • a pattern-coated preliminary cathode to obtain a cathode unit (S3).
  • at least one pattern unit is punched out in the shape and size located in the center of the cathode unit plane.
  • one pattern unit is disposed at a planar center of one cathode unit.
  • the negative electrode unit obtained by punching in this way is impregnated in the electrolytic solution to prepare the pre-lithiated negative electrode 10 (S4).
  • the lithium metal foil pattern unit is located at the center of the surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode unit and at the same time blows so as to occupy a predetermined portion of the surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode unit. That is, the pattern unit does not cover the entire surface of the electrode active material layer of the negative electrode unit, and the surface of the electrode active material layer includes a plain portion not covered by the pattern unit.
  • the punching is made by a vertical press method using a cutting device having a cutting die and a blade facing the cutting die, the lithium metal foil pattern unit is located in the center of the cathode unit 10% of the cathode unit Or more to less than 100%, preferably 10% to 70%, more preferably 10 to 30%.
  • the lithium metal foil pattern should not touch the blade of the cutting device.
  • the ratio of the width (or length) of the lithium metal foil pattern and the width (or length) of the non-coated portion where the lithium metal foil pattern is not formed in the punched preliminary negative electrode may satisfy the range of 99: 1 to 10:90.
  • the circumference of the pattern unit is spaced apart from the circumference of the cathode unit by a predetermined width and disposed so as not to overlap or meet each other.
  • the lithium metal foil pattern occupies 100% of the negative electrode unit, for example, when the lithium metal foil is punched to a desired size to form a negative electrode coated entirely on the negative electrode active material layer, the outside of the punched portion Lithium metal applied to the side region is discarded in a considerable amount and is economically disadvantageous.
  • a part of the lithium metal foil may be pushed down to the current collector by touching the blade of the punching device.In this case, the lithium metal adhered to the current collector during electrolyte impregnation is present in the form of metal rather than being used for prelithiation. This may cause side reactions during charging and discharging of the battery.
  • the lithium metal foil pattern unit reacts with the electrolyte and lithium is ionized, and the generated lithium ions are inserted into the negative electrode layer.
  • Prelithiation occurs, whereby the pattern unit, which is a lithium metal foil, disappears. That is, according to the present invention, since the pre-lithiation process of the negative electrode is performed before the assembly of the battery, it is possible to maintain good contact without lifting up between the battery components after the assembly of the battery.
  • the electrolyte impregnation is advantageously performed for 2 to 48 hours at room temperature for uniform and stable prelithiation of the entire negative electrode.
  • the electrolyte includes a lithium salt and an organic solvent for dissolving it as an electrolyte.
  • the lithium salt may be used without limitation so long as those lithium salts are conventionally used in the electrolyte for secondary batteries.
  • anions of the lithium salt F ⁇ , Cl ⁇ , I ⁇ , NO 3 ⁇ , N (CN) 2 ⁇ , BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3 ) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3 CF 2 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (FSO 2) 2 N -, CF 3 CF 2 (CF 3) 2 CO -, ( CF 3 SO 2) 2 CH - , (SF 5) 3 C -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -,
  • the organic solvent included in the electrolyte may be used without limitation as long as they are conventionally used, and typically propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide
  • propylene carbonate ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfoxide
  • One or more types selected from the group consisting of aside, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran can be used.
  • the electrode assembly 100 is formed by interposing the cathode 10, the anode 20, and a separator 30 therebetween. (S5).
  • the positive electrode is a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent to prepare a slurry and then directly coated it on a metal current collector, or cast on a separate support and laminating the positive electrode active material film peeled from the support to a metal current collector To produce a positive electrode.
  • the conductive material, the binder, and the solvent may be used in the same manner as used in the production of the negative electrode.
  • the separator is a conventional porous polymer film used as a conventional separator, for example, polyolefin-based polymer such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene / butene copolymer, ethylene / hexene copolymer and ethylene / methacrylate copolymer
  • the prepared porous polymer films may be used alone or in a lamination thereof.
  • an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength may be used.
  • the separator may include a safety reinforced separator (SRS) in which a ceramic material is thinly coated on the surface of the separator.
  • a conventional porous nonwoven fabric for example, a non-woven fabric made of high melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, etc. may be used, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly may be placed in, for example, a pouch, a cylindrical battery case, or a rectangular battery case, and then injected with an electrolyte to complete a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery may be completed by stacking the electrode assembly and then impregnating it in an electrolyte, and sealing the resultant into a battery case.
  • the irreversible capacity of the negative electrode can be compensated to satisfy excellent initial efficiency and capacity retention rate, such as initial efficiency and capacity retention rate of 80% or more.
  • the lithium secondary battery of the present invention minimizes the lifting phenomenon between the positive electrode / separator / cathode generated by the progress of prelithiation, and when measuring the thickness of the negative electrode and the separator bonded by disassembling the electrode assembly after charge and discharge
  • An area of 1 ⁇ m or more spaced apart between the negative electrode and the separator may satisfy 5% or less of the total area of the negative electrode.
  • the lithium secondary battery may be a stack type, a wound type, a stack and folding type or a cable type.
  • the lithium secondary battery according to the present invention may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but also preferably used as a unit battery in a medium-large battery module including a plurality of battery cells.
  • Preferred examples of the medium-to-large devices include electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, power storage systems, and the like, and are particularly useful for hybrid electric vehicles and renewable energy storage batteries, which require high power. Can be used.
  • a 40 ⁇ m thick lithium metal foil was cut to a size of 1 cm wide and 2 cm long to obtain a plurality of pattern units. These were placed on the active material layer of the preliminary negative electrode at regular intervals, and pressed at a linear pressure of 5 kN / cm at room temperature.
  • the preliminary negative electrode to which the pattern units of the lithium metal foil were attached was made in accordance with the size of the battery to be manufactured to obtain the negative electrode unit (s). At this time, the pattern units were arranged at the center of each cathode unit. At this time, the proportion of the area covered with the lithium metal foil on the surface of each punched negative electrode unit was 12%. Subsequently, the punched negative electrode unit (s) was immersed in an electrolyte solution in which 1M LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 50:50. After 24 hours, the negative electrode unit (s) were taken out, washed with DMC and dried to prepare a pre-lithiated negative electrode.
  • EC ethylene carbonate
  • DEC ethylmethyl carbonate
  • a 20 ⁇ m thick lithium metal foil was cut to a size of 2 cm and 2 cm to obtain a plurality of pattern units. These were placed on the active material layer of the preliminary negative electrode at regular intervals, and pressed at a linear pressure of 5 kN / cm at room temperature.
  • the preliminary negative electrode to which the pattern units of the lithium metal foil were attached was made to fit the size of a battery to be manufactured to obtain a negative electrode unit (s).
  • the pattern units were arranged at the center of each cathode unit.
  • the proportion of the area covered with the lithium metal foil on the surface of each punched negative electrode unit was 24%.
  • the punched negative electrode unit (s) was immersed in an electrolyte solution in which 1M LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 50:50. After 24 hours, the negative electrode unit (s) were taken out, washed with DMC and dried to prepare a pre-lithiated negative electrode.
  • the lithium metal foil having a thickness of 5 ⁇ m was applied to the entire negative electrode active material layer on the active material layer of the preliminary negative electrode, it was pressed at a linear pressure of 5 kN / cm at room temperature.
  • the lithium metal foil-attached preliminary negative electrode was punched out to obtain a plurality of negative electrode units.
  • the negative electrode units were blown to match the size of the battery to be manufactured.
  • the negative electrode units obtained thereafter were immersed in an electrolyte solution in which 1M LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 50:50. After 24 hours, the negative electrode was taken out, washed with DMC, and dried to prepare a pre-lithiated negative electrode.
  • EC ethylene carbonate
  • DEC ethylmethyl carbonate
  • Lithium metal foil having a thickness of 100 ⁇ m was cut to a size of 0.4 cm and 2 cm to obtain a plurality of pattern units. These were placed on the active material layer of the preliminary negative electrode at regular intervals, and pressed at a linear pressure of 5 kN / cm at room temperature.
  • the preliminary negative electrode to which the pattern units of the lithium metal foil were attached was made to fit the size of a battery to be manufactured to obtain a negative electrode unit (s).
  • the pattern units were arranged at the center of the cathode.
  • the proportion of the area covered with the lithium metal foil on the surface of each punched negative electrode unit was 5%.
  • the punched negative electrode unit (s) was immersed in an electrolyte solution in which 1M LiPF 6 was dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethylmethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of 50:50. After 24 hours, the negative electrode unit (s) were taken out, washed with DMC and dried to prepare a pre-lithiated negative electrode.
  • a coin-type both battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that Step 3 of Example 1 was not performed.
  • Capacity retention rate (%) (discharge capacity after 100 cycles / discharge capacity after 1 cycle) x100
  • Example 1 Example 2 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Percentage of Lithium Metal Foil in the Spare Cathode 12 24 100 5 12 0 Initial Efficiency (%) 83.4 85.7 78.2 75.5 76.1 72.7 Capacity retention rate (%) 84 86 77 75 72 71 Lifted area between cathode and separator (%) 2 One 2 2 14 One
  • the lithium metal foil pattern was punched to a size occupying an area of 10% or more and less than 100%, and then impregnated with the electrolyte to include a prelithiated anode.
  • the battery showed superior initial efficiency and capacity retention compared to Comparative Examples 1 to 4, and at the same time, the level of lifting between the negative electrode and the separator was low.
  • the pre-lithiated negative electrode is shown through the punching process and the electrolyte impregnation according to Examples 1 and 2, and FIGS. 3A and 3B show the entire coating of the lithium metal foil according to Comparative Example 1.
  • the pre-lithiated negative electrode was shown through the punching process and the electrolyte impregnation.
  • the first to second lithium metal foil pattern unit 16a is located in the center of the negative electrode active material layer 14a of the negative electrode unit and punched to occupy a predetermined area, and then impregnated with the electrolyte solution.
  • the lithium metal foil did not meet the blade at the time of punching and was not pushed down to the current collector 12a, so that there was no deterioration in battery performance.
  • the lithium metal foil pattern (16b) after the entire coating on the negative electrode active material layer 14b of the negative electrode unit to form a desired size of the electrolytic solution impregnation In this case, a considerable amount of lithium metal applied to the outer region of the punched out portion is discarded.
  • the lithium metal adhered to the current collector when the electrolyte is impregnated is present in a metal form without being used for prelithiation. Done. Batteries containing such a negative electrode are likely to cause side reactions during charging and discharging, resulting in lower initial efficiency and capacity retention.
  • the area of the lithium metal foil pattern unit occupied by each of the punched out negative electrode units is less than 10%, and it is considered that sufficient prelithiation of the negative electrode is not achieved.
  • the electrolyte was injected after assembly of the battery to induce prelithiation, so that the lithium metal was ionized and inserted into the negative electrode, and then a floating phenomenon occurred in the place (empty space) of the remaining lithium metal. As the resistance increases, smooth charging and discharging are not performed, and thus battery performance is deteriorated.
  • the negative electrode prelithiation process was not performed, resulting in the lowest initial efficiency and capacity retention.

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Abstract

본 발명은 (S1) 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 음극 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 준비하는 단계; (S2) 상기 예비 음극의 음극 활물질층 표면에 리튬 금속 포일을 패턴 유닛들이 배치된 패턴 형태로 코팅하는 단계; (S3) 상기 리튬 금속 포일이 패턴 코팅된 예비 음극을 타발하여 음극 유닛을 수득하는 단계; (S4) 상기 음극 유닛 을 전해액에 함침시켜 전리튬화된 음극을 제조하는 단계; 및 (S5) 상기 단계(S4)에서 제조된 음극을 양극 및 세퍼레이터와 함께 조립하는 단계를 포함하고, 여기에서, 상기 (S4) 단계는 상기 패턴 유닛이 각 음극 유닛의 중앙부에 위치함과 동시에 음극 유닛 표면의 10% 이상 내지 100% 미만의 면적을 차지하는 크기로 타발되는 것인 리튬 이차전지의 제조방법에 대한 것이다.

Description

음극의 제조방법 및 이로부터 제조된 음극
본 출원은 2018년 3월 20일에 출원된 한국특허출원 제10-2018-0032219호에 기초한 우선권을 주장한다. 본 발명은 음극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음극의 초기 효율을 향상시킬 수 있는 전리튬화된 음극의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 갖고 사이클 수명이 길며, 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극의 사이에 개재되어 이들을 분리하는 세퍼레이터, 및 상기 양극 및 음극과 전기화학적으로 소통하는 전해액을 포함한다.
이러한 리튬 이차전지는 통상적으로 양극에는 LiCoO 2, LiMn 2O 4 등과 같이 리튬이 삽입되어 있는 화합물을 사용하고, 음극에는 탄소계, Si계 등의 리튬이 삽입되어 있는 않는 물질을 사용하여 제조되며, 충전시에는 양극에 삽입된 리튬 이온이 전해액을 통해 음극으로 이동하고, 방전시에는 다시 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하게 된다. 충전 반응시 양극에서 음극으로 이동하는 리튬은 전해액과 반응하여 음극의 표면에 일종의 보호막(passivation film)인 SEI(solid electrolyte interface)를 형성하게 된다. 이 SEI는 음극과 전해액의 반응에 요구되는 전자의 이동을 억제하여 전해질의 분해반응을 방지함으로써 음극의 구조를 안정화시킬 수 있는 한편, 비가역적 반응이기 때문에 리튬이온의 소모를 가져온다. 즉, SEI의 형성으로 소비된 리튬은 이어지는 방전 과정에서 양극으로 돌아가지 않아 전지의 용량을 감소시키며, 이러한 현상을 비가역 용량(irreversible capacity)라고 한다. 또한, 이차전지의 양극 및 음극의 충방전 효율이 완전히 100%가 아니기 때문에 싸이클 수가 진행됨에 따라 리튬 이온의 소모가 발생하게 되어 전극용량의 감소를 일으키므로, 결국 싸이클 수명이 저하하게 된다. 특히, 음극으로 고용량을 목적으로 Si계 재료를 사용하는 경우, 초기 비가역 용량이 높아 리튬 고갈로 인한 초기 효율이 낮은 문제점이 더욱 대두되고 있다.
이에, 음극의 초기 비가역을 줄이는 기술로서 전리튬화(pre-lithiation), 즉 전지를 제조하기 전에 음극의 비가역 반응을 미리 수행하거나 리튬을 음극에 미리 약간 충전시켜 초기 가역성을 확보함으로써 전지의 용량 및 전기화학 성능을 향상시키는 방법이 시도되고 있다.
예컨대, 상기 전리튬화는 음극재 또는 이를 포함하는 음극층에 리튬 금속을 증착 또는 파우더 코팅 등의 방식으로 부착하고, 이로부터 제조된 음극과 양극 그리고 그 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 전지 셀을 조립한 후 전해액을 주입하는 방식으로 이루어지고 있다. 이와 같이, 셀 조립후 전해액을 주입하는 경우 음극층에 부착된 리튬 금속과 전해액의 반응으로 리튬이 이온화되어 음극층으로 삽입되고, 리튬 금속에서 리튬 이온이 빠져나간 자리는 셀 내부에서 빈 공간으로 남게 된다. 이로 인해, 셀을 구성하는 양극/세퍼레이터/음극의 들뜸 현상이 초래되어 충방전이 원활하지 않게 된다.
또한, 전리튬화에 사용되고 있는 리튬 금속은 고가이므로 이를 음극 전체에 부착하는 경우 경제적으로 불리할 뿐만 아니라, 잉여 리튬으로 인해 전리튬화시에 전해액의 환원 반응이 증가하여 전해액을 과다 소모하고 부산물에 의해 전기화학적 부작용을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 리튬 이차전지의 제조시에 음극의 비가역 용량을 보상하기 위한 전리튬화 공정을 리튬 금속의 낭비 없는 경제적인 방식으로 수행하고, 전지 제조후 양극/세퍼레이터/음극 간의 접촉성을 개선할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면은 이차전지의 제조방법에 대한 것으로서, 상기 제조 방법은 (S1) 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 음극 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 준비하는 단계; (S2) 상기 예비 음극의 음극 활물질층 표면에 리튬 금속 포일을 패턴 유닛들이 배치된 패턴 형태로 코팅하는 단계; (S3) 상기 리튬 금속 포일이 패턴 코팅된 예비 음극을 타발하여 음극 유닛을 수득하는 단계; (S4) 상기 음극 유닛을 전해액에 함침시켜 전리튬화된 음극을 제조하는 단계; 및 (S5) 상기 단계(S4)에서 제조된 음극을 양극 및 세퍼레이터와 함께 조립하는 단계를 포함하고, 여기에서, 상기 (S4) 단계는 상기 패턴 유닛이 각 음극 유닛의 중앙부에 위치함과 동시에 음극 유닛 표면의 10% 이상 내지 100% 미만의 면적을 차지하는 크기로 타발되는 것이다.
본 발명의 제2 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 단계 (S3)에서, 상기 예비 음극의 타발은 음극 유닛에서 리튬 금속 포일 패턴 유닛이 음극 유닛의 평면 중앙부에 위치하면서 10% 내지 70%의 면적을 차지하는 크기로 수행되는 것이다.
본 발명의 제3 측면은, 제1 또는 제2 측면에 있어서, 상기 음극 유닛에서, 상기 리튬 금속 포일 패턴 유닛의 폭과 상기 리튬 금속 포일 패턴이 형성되지 않은 무지부의 폭의 비율은 99:1 내지 10:90의 범위인 것이다.
본 발명의 제4 측면은, 제1 내지 제3 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 음극 유닛에서, 상기 리튬 금속 포일 패턴 유닛의 길이와 상기 리튬 금속 포일 패턴이 형성되지 않은 무지부의 길이의 비율은 99:1 내지 10:90의 범위인 것이다.
본 발명의 제5 측면은 제1 내지 제4 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 단계(S2)에서, 상기 패턴 코팅은 섭씨 10도(10℃) 내지 섭씨 200도 (200℃)의 온도 및 0.2kN/cm 내지 30kN/cm의 선압 조건하에 압착 방식으로 수행된다.
본 발명의 제6 측면은 제1 내지 제5 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서 상기 단계(S3)에서, 상기 전해액 함침은 2 시간 내지 48 시간 동안 수행된다.
본 발명의 제7 측면은 제1 내지 제6 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 단계(S3)에서, 전해액 함침 후 전리튬화된 음극을 세척 및 건조하는 단계가 추가로 포함된다.
본 발명의 제8 측면은 제1 내지 제7 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 전해액은 리튬염 및 유기용매를 포함한다.
본 발명의 제9 측면은 제1 내지 제8 측면 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 음극 활물질층은 활물질로서 Si계 물질, Sn계 물질, 탄소계 물질, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 제10 측면은 리튬 이차전지에 대한 것으로서, 상기 리튬 이차전지는 제1 내지 제9 측면 중 적어도 어느 하나의 방법으로 제조된 것이다.
본 발명의 제11 측면은, 제10 측면에 있어서, 상기 리튬 이차전지의 초기 효율 및 용량 유지율이 각각 80% 이상이고, 충방전 이후에 음극과 분리막 사이의 1㎛ 이상 이격된 면적이 음극 전체 면적의 5% 이하인 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리튬 이차전지의 제조시에 음극 활물질층 표면에 리튬 금속 포일을 패턴 코팅한 후 타발하여 전해액에 침지시키는 방식으로 전리튬화를 미리 수행한 음극을 양극 및 세퍼레이트와 함께 조립함으로써, 상기 리튬 금속이 모두 전리튬화에 사용되어 리튬 금속의 낭비 없이 초기 가역성을 확보할 수 있고, 전지 조립후 발생되는 양극/세퍼레이터/음극 사이의 들뜸 현상을 최소화할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차전지의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 2에 따른 타발 공정 및 전해액 함침을 거쳐 전리튬화된 음극을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 1에 따른 리튬 금속 포일의 전체 코팅 후 타발 공정, 및 전해액 함침을 거쳐 전리튬화된 음극을 나타낸 것이다.
이하, 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.
본 발명의 일 실시형태는 리튬 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차전지의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 집전체(12) 적어도 일면에 음극 활물질층(14)을 형성하여 예비 음극을 준비한다(S1). 본 발명에 있어서, 상기 예비 음극은 음극을 생산하기 위한 평판형의 음극 시트일 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 상기 예비 음극은 최종적으로 제조하고자 하는 전지에 따라 적절한 크기 및 형태에 맞추어 커팅되며 이에 따라 상기 예비 음극으로부터 하나 이상의 음극 부재가 생산될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 상기 예비 음극에서 커팅되어 수득된 음극 부재 각각을 음극 유닛(10')이라고 지칭할 수 있다. 상기 예비 음극의 음극활물질층(14)은 음극활물질, 도전재 및 바인더를 용매에 분산시켜 얻은 음극 슬러리를 집전체(12)의 적어도 일면에 코팅한 후, 건조 및 압연함으로써 형성될 수 있다.
상기 음극활물질은 Si계 물질, Sn계 물질, 탄소계 물질, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 탄소계 물질은 결정질 인조 흑연, 결정질 천연 흑연, 비정질 하드카본, 저결정질 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼 P, 그래핀 (graphene), 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 결정질 인조 흑연, 및/또는 결정질 천연 흑연일 수 있다. 상기 Si계 물질은 Si, SiO, SiO 2 등이 있을 수 있고, 상기 Sn계 물질은 Sn, SnO, SnO 2 등이 있을 수 있다.
상기 음극 활물질은, 상기 물질들 외에, 예를 들어, Li xFe 2O 3(0≤x≤1), Li xWO 2(0≤x≤1), Sn xMe 1 - xMe' yO z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; PbO, PbO 2, Pb 2O 3, Pb 3O 4, Sb 2O 3, Sb 2O 4, Sb 2O 5, GeO, GeO 2, Bi 2O 3, Bi 2O 4 및 Bi 2O 5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있다.
상기 음극 활물질은 음극 슬러리의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99중량%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 도전재와 활물질, 또는 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1중량% 내지 20 중량%로 포함된다. 이러한 바인더의 예로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 등을 들 수 있다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)는 슬러리의 점도를 조절하는 증점제로 사용될 수도 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 않으며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 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 도전재는 음극 슬러리 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다.
상기 용매는 물 또는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 슬러리가 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 포함될 수 있다.
상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 집전체의 두께는 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로 적용되는 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 음극 슬러리의 코팅 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 슬롯 다이를 이용한 코팅법이 사용될 수도 있고, 그 이외에도 메이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 침지 코팅법, 분무 코팅법 등이 사용될 수 있다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 예비 음극의 음극 활물질층(14) 표면에 리튬 금속 포일(16)을 패턴 형태로 코팅한다(S2). 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 패턴 코팅은 소정 크기의 패텃 유닛(16')들이 상기 예비 음극의 표면에 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 방식으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 예비 음극은 롤-투-롤(roll to roll) 방식으로 공급될 수 있다.
상기 리튬 금속 포일의 패턴 코팅은 리튬 금속 포일을 원하는 크기와 모양으로 절단하여 하나 이상의 패턴 유닛(들)을 준비하고 이들을 상기 음극 활물질층의 표면에 일정한 간격으로 올려 놓고 압착하는 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 패턴 유닛(들)의 모양이나 크기는 특정한 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 패턴 유닛(들)은 사각형의 모양으로 준비될 수 있다. 이때, 압착은 음극 활물질층과 리튬 금속 포일 사이의 접착력을 고려하여, 10℃ 내지 200℃의 온도 및 0.2kN/cm 내지 30kN/cm의 선압 조건으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 리튬 금속 포일은 5㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
이러한 패턴 코팅을 수행하는 경우, 음극 상에 리튬 금속이 패턴 코팅된 부분 사용할 수 있어 고가인 리튬 금속의 낭비를 방지할 수 있다. 또한, 기존과 같이 음극 전체에 리튬 금속이 부착했을 때 잉여 리튬으로 인해 전리튬화시에 전해액의 환원 반응이 증가하여 전해액을 과다 소모하고 부산물에 의해 전기화학적 부작용을 유발하는 문제점을 극복할 수 있다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 리튬 금속 포일의 패턴 유닛(들)이패턴 코팅된 예비 음극을 적절한 크기로 타발하여 음극 유닛을 수득한다(S3). 이때, 적어도 하나의 패턴 유닛이 음극 유닛 평면의 중심부에 위치하는 형태 및 크기로 타발된다. 본 명세서에서, 도 1c를 참조하면 하나의 음극 유닛의 평면 중심에 하나의 패턴 유닛이 배치되어 있다. 다음으로, 이렇게 타발되어 얻어진 음극 유닛을 전해액에 함침시켜, 전리튬화된 음극(10)을 제조한다(S4).
본 발명에 따르면, 리튬 금속 포일 패턴 유닛이 음극 유닛의 음극 활물질층 표면의 중심부에 위치함과 동시에 음극 유닛의 음극 활물질층 표면 중 소정의 일부 면적만을 차지하도록 타발한다. 즉, 패턴 유닛은 음극 유닛의 전극 활물질층 표면 전체를 커버하지 않으며 상기 전극 활물질층 표면은 상기 패턴 유닛으로 커버되지 않는 무지부가 포함된다. 이때, 타발은 컷팅 다이(cutting die) 및 이와 마주보도록 위치한 칼날을 구비한 컷팅 장치를 이용하여 수직 가압의 방식으로 이루어지면서, 리튬 금속 포일 패턴 유닛이 음극 유닛의 중심부에 위치하되 음극 유닛의 10% 이상 내지 100% 미만, 바람직하게는 10% 내지 70%, 더욱 바람직하게는 10 내지 30%의 면적을 차지하도록 수행될 수 있다. 즉, 타발시에 리튬 금속 포일 패턴은 컷팅 장치의 칼날에 닿지 않아야 한다. 그 결과, 타발된 예비 음극에서 상기 리튬 금속 포일 패턴의 폭 (또는 길이)과 상기 리튬 금속 포일 패턴이 형성되지 않은 무지부의 폭 (또는 길이)의 비율이 99:1 내지 10:90의 범위를 만족할 수 있다. 도 1c를 참조하면, 상기 패턴 유닛의 둘레는 음극 유닛의 둘레와 소정 폭 이격되어 있고 이들은 서로 중첩되거나 만나지 않도록 배치되어 있다. 이러한 방식으로 리튬 금속 패턴이 중심부에 포함된 음극 부분을 타발하여 전리튬화를 수행하는 경우, 버려지는 리튬 금속이 없게 될 뿐만 아니라 타발시에 리튬 금속 포일이 집전체 쪽으로 밀려 내려가는 현상이 없어 셀 성능 저하를 방지할 수 있다.
반면에, 상기 리튬 금속 포일 패턴이 음극 유닛의 100%를 차지하는 경우, 예컨대 리튬 금속 포일이 음극 활물질층 상에 전체 코팅된 음극을 원하는 크기로 타발하여 음극 유닛을 제조하는 경우, 타발된 부분의 바깥쪽 영역에 도포된 리튬 금속은 상당량 버려지게 되어 경제적인 측면에서 불리하다. 또한, 타발 과정에서 리튬 금속 포일의 일부분이 타발 장치의 칼날에 닿아 집전체까지 밀려 내려갈 수 있으며, 이 경우 전해액 함침시에 집전체에 붙어있는 리튬 금속은 전리튬화에 사용되지 않고 금속 형태로 존재하게 되어 전지의 충방전 동안에 부반응을 유발할 수 있다.
한편, 타발된 각각의 음극 부분에서, 리튬 금속 포일 패턴의 면적이 10% 미만인 경우, 즉, 음극 유닛에서 패턴 유닛이 차지하는 면적이 10% 미만인 경우에는 음극의 충분한 전리튬화를 달성하기 어렵다.
상기 단계 (S4)에서, 상기 타발된 예비 음극(즉, 음극 유닛)을 전해액에 함침시키는 동안, 리튬 금속 포일 패턴 유닛은 전해액과 반응하여 리튬이 이온화되고, 생성된 리튬 이온은 음극층으로 삽입되는 전리튬화가 일어나고, 그에 따라 리튬 금속 포일인 패턴 유닛은 사라지게 된다. 즉, 본 발명에 따르면 음극의 전리튬화 과정이 전지 조립전에 이루어짐으로써, 전지 조립후에 전지 구성요소간의 들뜸 현상 없이 양호한 접촉을 유지할 수 있다.
따라서, 기존 전리튬화 방식에서 전지 조립후 전해액을 주입하였을 때, 리튬 금속과 전해액의 반응으로 리튬 이온화후 빠져 나간 자리가 들뜨게 되어 충방전을 저해하는 단점을 극복할 수 있다.
상기 전해액 함침은 음극 전체의 균일하고 안정된 전리튬화를 위해, 상온에서 2 시간 내지 48 시간 동안 수행되는 것이 유리하다.
상기 전해액은 전해질로서 리튬염 및 이를 용해시키기 위한 유기용매를 포함한다.
상기 리튬염은 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F -, Cl -, I -, NO 3 -, N(CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2PF 4 -, (CF 3) 3PF 3 -, (CF 3) 4PF 2 -, (CF 3) 5PF -, (CF 3) 6P -, CF 3SO 3 -, CF 3CF 2SO 3 -, (CF 3SO 2) 2N -, (FSO 2) 2N -, CF 3CF 2(CF 3) 2CO -, (CF 3SO 2) 2CH -, (SF 5) 3C -, (CF 3SO 2) 3C -, CF 3(CF 2) 7SO 3 -, CF 3CO 2 -, CH 3CO 2 -, SCN - 및 (CF 3CF 2SO 2) 2N -로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용할 수 있다.
상기 전해액에 포함되는 유기 용매로는 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
전리튬화된 음극(10)을 제조한 후, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 음극(10), 양극(20), 그리고 그 사이에 세퍼레이터(30)를 개재하여 전극 조립체(100)를 형성한다(S5).
상기 양극은 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 집전체에 직접 코팅하거나, 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 양극 활물질 필름을 금속 집전체에 라미네이션하여 양극을 제조할 수 있다.
양극에 사용되는 활물질로는 LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2O 4, LiCoPO 4, LiFePO 4 및 LiNi 1-x-y-zCo xM1 yM2 zO 2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0=x<0.5, 0≤=y<0.5, 0=z<0.5, 0<x+y+z= 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
한편, 도전재, 바인더 및 용매는 상기 음극 제조시에 사용된 것과 동일하게 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 종래 세퍼레이터로 사용되는 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 상기 세퍼레이터는 세퍼레이터 표면에 세라믹 물질이 얇게 코팅된 안정성 강화 세퍼레이터(SRS, safety reinforced separator)을 포함할 수 있다. 이외에도 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 전극 조립체를 예를 들어, 파우치, 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 전해질을 주입하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다. 또는 상기 전극 조립체를 적층한 다음, 이를 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하면 리튬 이차전지가 완성될 수 있다.
본 발명의 리튬 이차전지는 전술한 바와 같은 전리튬화된 음극을 포함함에 따라, 음극의 비가역 용량이 보상되어 우수한 초기 효율 및 용량 유지율, 예컨대 80% 이상의 초기 효율 및 용량 유지율을 만족할 수 있다. 또한, 본 발명의 리튬 이차전지는 전리튬화의 진행으로 발생되는 양극/세퍼레이터/음극 사이의 들뜸 현상이 최소화되어, 충방전 이후에 전극 조립체를 해체하여 접합된 음극과 분리막의 두께를 측정했을 때 음극과 분리막 사이의 1㎛ 이상 이격된 면적이 음극 전체 면적의 5% 이하를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이차전지는 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형 또는 케이블형일 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4: 리튬 이차전지의 제조>
실시예 1
단계 1
음극 활물질로서 흑연 및 SiO(7:3, 중량비)의 혼합물 92 중량%, 카본블랙(Denka black, 도전재) 3중량%, SBR(바인더) 3.5 중량%, 및 CMC(증점제) 1.5 중량%를 용매인 물에 첨가하여 음극 슬러리를 수득하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 제조하였다.
단계 2
40㎛ 두께의 리튬 금속 포일을 가로 1㎝ 및 세로 2㎝의 크기로 절단하여 복수의 패턴 유닛을 수득하였다. 이들을 상기 예비 음극의 활물질층 위에 일정한 간격으로 배치하여 올려 놓고, 상온에서 5 kN/cm의 선압으로 압착하였다.
단계 3
상기 리튬 금속 포일의 패턴 유닛들이 부착된 예비 음극을 제조하고자 하는 전지의 크기에 맞추어 타발하고 음극 유닛(들)을 수득하였다. 이때 패턴 유닛들이 각 음극 유닛의 중앙부에 배치되도록 하였다. 이때, 타발된 각 음극 유닛의 표면에서 리튬 금속 포일로 피복된 면적이 차지하는 비율은 12%였다. 이어서, 타발된 음극 유닛(들)을 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액에 함침시켰다. 24시간 후, 상기 음극 유닛(들)을 꺼내어 DMC로 세척 및 건조하여 전리튬화된 음극을 제조하였다.
단계 4
상기 전리튬화된 음극과, 양극으로 사용된 LiCoO 2 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
실시예 2:
단계 1
음극 활물질로서 흑연 및 SiO(7:3)의 혼합물 92 중량%, 카본블랙(Denka black, 도전재) 3중량%, SBR(바인더) 3.5 중량%, 및 CMC(증점제) 1.5 중량%를 용매인 물에 첨가하여 음극 슬러리를 수득하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 제조하였다.
단계 2
20㎛ 두께의 리튬 금속 포일을 가로 2㎝ 및 세로 2㎝의 크기로 절단하여 복수의 패턴 유닛을 수득하였다. 이들을 상기 예비 음극의 활물질층 위에 일정한 간격으로 배치하여 올려 놓고, 상온에서 5 kN/cm의 선압으로 압착하였다.
단계 3
상기 리튬 금속 포일의 패턴 유닛들이 부착된 예비 음극을 제조하고자 하는 전지의 크기에 맞추어 타발하여 음극 유닛(들)을 수득하였다. 이때 각 패턴 유닛들이 각 음극 유닛의 중앙부에 배치되도록 하였다. 이때, 타발된 각 음극 유닛의 표면에서 리튬 금속 포일로 피복된 면적이 차지하는 비율은 24%였다. 이어서, 타발된 음극 유닛(들)을 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액에 함침시켰다. 24시간 후, 상기 음극 유닛(들)을 꺼내어 DMC로 세척 및 건조하여 전리튬화된 음극을 제조하였다.
단계 4
상기 전리튬화된 음극과, 양극으로 사용된 LiCoO 2 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
비교예 1
단계 1
음극 활물질로서 흑연 및 SiO(7:3, 중량비)의 혼합물 92 중량%, 카본블랙(Denka black, 도전재) 3중량%, SBR(바인더) 3.5 중량%, 및 CMC(증점제) 1.5 중량%를 용매인 물에 첨가하여 음극 슬러리를 수득하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 제조하였다.
단계 2
상기 예비 음극의 활물질층 위에 5㎛ 두께의 리튬 금속 포일을 음극 활물질층 전체에 도포한 후, 상온에서 5 kN/cm의 선압으로 압착하였다.
단계 3
상기 리튬 금속 포일-부착된 예비 음극을 타발하여 복수의 음극 유닛을 수득하였다. 상기 음극 유닛들은 제조하고자 하는 전지의 크기에 맞추어 타발되었다. 이후 수득된 음극 유닛들을 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액에 함침시켰다. 24시간 후, 상기 음극을 꺼내어 DMC로 세척 및 건조하여 전리튬화된 음극을 제조하였다.
단계 4
상기 전리튬화된 음극과, 양극으로 사용된 LiCoO 2 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
비교예 2:
단계 1
음극 활물질로서 흑연 및 SiO(7:3, 중량비)의 혼합물 92 중량%, 카본블랙(Denka black, 도전재) 3중량%, SBR(바인더) 3.5 중량%, 및 CMC(증점제) 1.5 중량%를 용매인 물에 첨가하여 음극 슬러리를 수득하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 제조하였다.
단계 2
100㎛ 두께의 리튬 금속 포일을 가로 0.4㎝ 및 세로 2㎝의 크기로 절단하여 복수의 패턴 유닛을 수득하였다. 이들을 상기 예비 음극의 활물질층 위에 일정한 간격으로 배치하여 올려 놓고, 상온에서 5 kN/cm의 선압으로 압착하였다.
단계 3
상기 리튬 금속 포일의 패턴 유닛들이 부착된 예비 음극을 제조하고자 하는 전지의 크기에 맞추어 타발하여 음극 유닛(들)을 수득하였다. 이때 패턴 유닛들이 음극의 중앙부에 배치되도록 하였다. 이때, 타발된 각 음극 유닛의 표면에서 리튬 금속 포일로 피복된 면적이 차지하는 비율은 5%였다. 이어서, 타발된 음극 유닛(들)을 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액에 함침시켰다. 24시간 후, 상기 음극 유닛(들)을 꺼내어 DMC로 세척 및 건조하여 전리튬화된 음극을 제조하였다.
단계 4
상기 전리튬화된 음극과, 양극으로 사용된 LiCoO 2 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
비교예 3:
실시예 1의 단계 3을 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여, 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
비교예 4:
음극 활물질로서 흑연 및 SiO(7:3, 중량비)의 혼합물 92 중량%, 카본블랙(Denka black, 도전재) 3중량%, SBR(바인더) 3.5 중량%, 및 CMC(증점제) 1.5 중량%를 용매인 물에 첨가하여 음극 슬러리를 수득하였다. 상기 슬러리를 구리 집전체의 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 음극을 제조하였다.
상기 음극과 양극으로 사용된 LiCoO 2 전극 사이에 폴리올레핀 세퍼레이터를 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(DEC)를 50:50의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF 6가 용해된 전해액을 주입하여 코인형 양쪽 전지를 제조하였다.
실험예 1: 충방전에 따른 수명특성 평가
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 전지에 대해서 전기화학 충방전기를 이용하여 충방전을 수행하였다. 이때, 충전은 4.2V의 전압까지 0.1C- rate의 전류밀도로 전류를 가하여 수행되었으며, 방전은 같은 전류밀도로 2.5V의 전압까지 수행되었다. 이러한 충방전을 100회 실시한 후, 초기 효율(%) 및 용량 유지율(%)를 다음과 같이 산출하여, 그 값을 하기 표 1에 나타내었다.
초기 효율(%) = (1회 사이클의 방전 용량 / 1회 사이클의 충전 용량) x100
용량 유지율(%) = (100회 사이클후의 방전 용량 / 1회 사이클의 방전 용량) x100
실험예 2: 음극과 분리막 사이의 들뜸 평가
실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 전지에 대해서 들뜸 정도를 평가하기 위해 조립된 셀을 해체하고 양극을 제거한 후 음극과 분리막이 접합되어 있는 상태를 얻었다. 상기의 접합된 음극과 분리막을 비접촉식 레이저 두께 측정기를 사용하여 두께를 측정하고, 접촉식 틱 두께 측정기를 사용하여 두께를 측정한 후, 그 차이가 1㎛ 이상이 되는 면적을 음극의 총면적의 백분율로 계산하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
타발된 예비 음극에서 리튬 금속 포일이 차지하는 면적(%) 12 24 100 5 12 0
초기 효율(%) 83.4 85.7 78.2 75.5 76.1 72.7
용량 유지율(%) 84 86 77 75 72 71
음극과 분리막 사이의 들뜸 면적(%) 2 1 2 2 14 1
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 2에 따라 리튬 금속 포일 패턴이 10% 이상 내지 100% 미만의 면적을 차지하는 크기로 타발한 후, 전해액에 함침시켜 전리튬화된 음극을 포함하는 전지는 비교예 1 내지 4에 비해 우수한 초기 효율 및 용량 유지율을 나타내며, 동시에 음극과 분리막 사이의 들뜸 수준도 낮았다.
보다 구체적인 비교를 위해, 도 2에 실시예 1 내지 2에 따른 타발 공정 및 전해액 함침을 거쳐 전리튬화된 음극을 나타내었고, 도 3a 및 도 3b에는 비교예 1에 따른 리튬 금속 포일의 전체 코팅 후 타발 공정, 및 전해액 함침을 거쳐 전리튬화된 음극을 나타내었다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 2에 따라 리튬 금속 포일 패턴 유닛(16a)이 음극 유닛의 음극 활물질층(14a)의 중심부에 위치하면서 소정의 면적을 차지하도록 타발한 후 전해액 함침을 수행한 경우, 리튬 금속 포일이 타발시에 칼날과 만나지 않아 집전체(12a)로 밀려 내려가지 않으므로 전지의 성능 저하가 없었던 것으로 여겨진다. 또한, 사용된 리튬 금속 포일을 전부 음극의 전리튬화에 이용할 수 있는 점에서 경제적으로 유리하다.
반면에, 도 3a 및 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 리튬 금속 포일 패턴(16b)이 음극 유닛의 음극 활물질층(14b) 상에 전체 코팅된 음극을 원하는 크기로 타발한 후 전해액 함침을 수행하는 경우, 타발된 부분의 바깥쪽 영역에 도포된 리튬 금속은 상당량 버려지게 된다. 또한, 타발 과정에서 리튬 금속 포일의 일부분이 타발용 칼날에 닿아 집전체(12b)까지 밀려 내려감에 따라, 전해액 함침시에 집전체에 붙어있는 리튬 금속은 전리튬화에 사용되지 않고 금속 형태로 존재하게 된다. 이러한 음극을 포함하는 전지는 충방전 동안에 부반응이 일어나게 되며, 이로 인해 초기 효율 및 용량 유지율이 떨어진 것으로 여겨진다.
한편, 비교예 2의 경우에는 타발된 각각의 음극 유닛에서 차지하는 리튬 금속 포일 패턴 유닛의 면적이 10% 미만이어서, 음극의 충분한 전리튬화가 이루어지지 않은 것으로 여겨진다. 비교예 3의 경우에는 전지 조립후 전해액을 주입하여 전리튬화를 유도하였기 때문에, 리튬 금속이 이온화되어 음극으로 삽입된 후 남아있는 리튬 금속의 자리(빈공간)에 들뜸 현상이 발생하였고, 이로 인해 저항이 증가하여 원활한 충방전이 이루어지지 않아, 전지 성능이 다소 떨어진 것으로 판단된다. 그리고, 비교예 4의 경우에는 음극의 전리튬화 공정이 이루어지지 않아, 초기 효율 및 용량 유지율이 가장 저조하였다.

Claims (11)

  1. (S1) 음극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 음극 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극 활물질층을 형성함으로써 예비 음극을 준비하는 단계;
    (S2) 상기 예비 음극의 음극 활물질층 표면에 리튬 금속 포일을 패턴 유닛들이 배치된 패턴 형태로 코팅하는 단계;
    (S3) 상기 리튬 금속 포일이 패턴 코팅된 예비 음극을 타발하여 음극 유닛을 수득하는 단계;
    (S4) 상기 음극 유닛 을 전해액에 함침시켜 전리튬화된 음극을 제조하는 단계; 및
    (S5) 상기 단계(S4)에서 제조된 음극을 양극 및 세퍼레이터와 함께 조립하는 단계를 포함하고,
    여기에서, 상기 (S4) 단계는 상기 패턴 유닛이 각 음극 유닛의 중앙부에 위치함과 동시에 음극 유닛 표면의 10% 이상 내지 100% 미만의 면적을 차지하는 크기로 타발되는 것인 리튬 이차전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (S3)에서, 상기 예비 음극의 타발은 음극 유닛에서 리튬 금속 포일 패턴 유닛이 음극 유닛의 평면 중앙부에 위치하면서 10% 내지 70%의 면적을 차지하는 크기로 수행되는 리튬 이차전지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극 유닛에서, 상기 리튬 금속 포일 패턴 유닛의 폭과 상기 리튬 금속 포일 패턴이 형성되지 않은 무지부의 폭의 비율이 99:1 내지 10: 90인 리튬 이차전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극 유닛에서, 상기 리튬 금속 포일 패턴 유닛의 길이와 상기 리튬 금속 포일 패턴이 형성되지 않은 무지부의 길이의 비율이 99:1 내지 10: 90인 리튬 이차전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계(S2)에서, 상기 패턴 코팅은 10℃ 내지 200℃의 온도 및 0.2kN/cm 내지 30 kN/cm의 선압 조건하에 압착 방식으로 수행되는 리튬 이차전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계(S3)에서, 상기 전해액 함침은 2시간 내지 48 시간 동안 수행되는 리튬 이차전지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계(S3)에서, 전해액 함침 후 전리튬화된 음극을 세척 및 건조하는 단계를 추가로 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전해액은 리튬염 및 유기용매를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질층은 활물질로서 Si계 물질, Sn계 물질, 탄소계 물질, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물을 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항에 따른 제조방법으로 제조된 리튬 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지의 초기 효율 및 용량 유지율이 각각 80% 이상이고, 충방전 이후에 음극과 분리막 사이의 1㎛ 이상 이격된 면적이 음극 전체 면적의 5% 이하인 리튬 이차전지.
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