KR102014115B1 - Negative electrode for secondary battery and secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 상세하게는 구리 집전체, 전도성 고분자 층, 및 음극 활물질 층을 순차적으로 포함하고, 상기 전도성 고분자는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)인 이차 전지용 음극을 제공한다.
본 발명에 따른 음극은 구리 집전체와 음극 활물질 층 사이에 PEDOT/PSS 고분자 층을 위치시킴으로써, 상기 PEDOT/PSS 고분자 층의 요철로 인해 음극 활물질과의 접촉면적이 증가함으로써 구리 집전체와 음극 활물질 층의 접착력이 증가하는 효과가 있다. 나아가, 상기 PEDOT/PSS 고분자는 전도성 고분자로써, 음극의 저항은 유지하는 효과가 있다. The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery including the same. Specifically, the copper current collector, a conductive polymer layer, and a negative electrode active material layer are sequentially included, and the conductive polymer is PEDOT / PSS (poly (3,4, Provided is a negative electrode for a secondary battery which is -ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate).
In the negative electrode according to the present invention, the PEDOT / PSS polymer layer is disposed between the copper current collector and the negative electrode active material layer, thereby increasing the contact area with the negative electrode active material due to the unevenness of the PEDOT / PSS polymer layer, thereby increasing the copper current collector and the negative electrode active material layer. There is an effect of increasing the adhesion. Furthermore, the PEDOT / PSS polymer is a conductive polymer, it is effective to maintain the resistance of the negative electrode.
Description
본 발명은 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery and a secondary battery including the same.
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 energy or clean energy is increasing, and 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. 최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.A representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy is a secondary battery, and its use area is gradually increasing. Recently, as the development and demand of portable devices such as portable computers, portable telephones, and cameras increases, the demand for secondary batteries as a source of energy is rapidly increasing, and these secondary batteries exhibit high energy density and operating potential, and have a cycle life. Many researches have been conducted on this long, low self-discharge rate lithium battery and are commercially available and widely used.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 전해질로 구성되며, 첫 번째 충전에 의해 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온이 카본 입자와 같은 음극 활물질 내에 삽입되고 방전시 다시 탈리되는 등의 양 전극을 왕복하면서 에너지를 전달하는 역할을 하기 때문에 충방전이 가능하게 된다.In general, a secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and transfers energy while reciprocating both electrodes such that lithium ions from the positive electrode active material are inserted into a negative electrode active material such as carbon particles and are detached again during discharge by the first charge. Since it plays a role, it becomes possible to charge and discharge.
예를 들어, 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과, 흑연계 활물질을 포함하는 음극 및 다공성 분리막으로 이루어진 전극 조립체에 리튬 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 합제를 알루미늄 호일에 코팅하여 제조되며, 음극은 흑연계 활물질을 포함하는 음극 합제를 구리 호일에 코팅하여 제조된다.For example, a lithium secondary battery has a structure in which a lithium electrolyte is impregnated into an electrode assembly including a cathode including a lithium transition metal oxide as an electrode active material, a cathode including a graphite-based active material, and a porous separator. The positive electrode is prepared by coating a positive electrode mixture containing a lithium transition metal oxide on an aluminum foil, and the negative electrode is prepared by coating a negative electrode mixture including a graphite-based active material on a copper foil.
최근, 리튬 이차 전지의 음극 전극의 접착력을 높이기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 만약, 음극 전극에 있어서, 음극 활물질과 집전체의 접착력이 부족한 경우에는 전지 제조 중 권취 공정에서의 장력에 의하여 음극 활물질과 음극 극판이 탈리되는 문제점이 발생할 수도 있다. 또한, 이차 전지의 사용 시 반복적인 충방전에 따른 수축, 이완에 의하여 음극 활물질 층과 음극 극판이 부분적으로 탈리되므로 저항이 증가하여 이상 발열 현상이 생길 수도 있으며, 이에 의하여 전지의 용량이 감소하는 문제점이 있다.Recently, many studies have been conducted to increase the adhesion of the negative electrode of a lithium secondary battery. If the negative electrode has insufficient adhesive strength between the negative electrode active material and the current collector, the negative electrode active material and the negative electrode plate may be detached due to the tension in the winding process during battery manufacturing. In addition, when the secondary battery is used, the negative electrode active material layer and the negative electrode plate are partially detached due to shrinkage or relaxation due to repeated charging and discharging, thereby increasing resistance and causing abnormal heat generation, thereby reducing the capacity of the battery. There is this.
상기와 같이 음극 활물질과 극판의 접착력 문제를 해결하기 위해, 극판으로 사용되는 구리 호일 위에 특정 물질의 접착용 코팅을 수행하거나 표면 처리를 수행하고 있지만, 이는 곧 음극의 저항 증가로 이어지는 문제점이 있었다. As described above, in order to solve the problem of adhesion between the negative electrode active material and the electrode plate, the coating of a specific material or surface treatment is performed on the copper foil used as the electrode plate, but this has a problem that leads to an increase in resistance of the negative electrode.
따라서, 음극 활물질과 집전체 간의 접착력을 증대시키면서도 전극의 저항은 유지할 수 있는 음극의 개발이 요구된다. Therefore, development of a negative electrode capable of maintaining the resistance of the electrode while increasing the adhesion between the negative electrode active material and the current collector is required.
본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, PEDOT/PSS 고분자를 음극 활물질과 집전체의 사이의 층에 위치시킴으로써, 음극 활물질 층과 집전체 사이의 결합력이 향상되고, 나아가 저항 특성이 향상된 이차 전지용 음극을 제공하는 것이다.The first technical problem to be solved of the present invention, by placing the PEDOT / PSS polymer in the layer between the negative electrode active material and the current collector, the bonding force between the negative electrode active material layer and the current collector is improved, further improved resistance characteristics for secondary batteries It is to provide a negative electrode.
본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기 이차 전지용 음극을 포함하는 이차 전지, 전지 모듈 및 전지 팩을 제공하는 것이다.The second technical problem to be solved of the present invention is to provide a secondary battery, a battery module and a battery pack including the secondary battery negative electrode.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 구리 집전체, 전도성 고분자 층, 및 음극 활물질 층을 순차적으로 포함하고, 상기 전도성 고분자는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)인 이차 전지용 음극을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a copper current collector, a conductive polymer layer, and a negative electrode active material layer in sequence, the conductive polymer is PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) for secondary batteries Provide a cathode.
또한, 본 발명은 상기 음극, 양극 및 전해액을 포함하는 이차 전지, 전지 모듈 및 전지 팩을 제공한다.The present invention also provides a secondary battery, a battery module, and a battery pack including the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte.
본 발명에 따른 음극은 구리 집전체와 음극 활물질 층 사이에 PEDOT/PSS 고분자 층을 위치시킴으로써, 상기 PEDOT/PSS 고분자 층의 요철로 인해 음극 활물질과의 접촉면적이 증가함으로써 구리 집전체와 음극 활물질 층의 접착력이 증가하는 효과가 있다. 나아가, 상기 PEDOT/PSS 고분자는 전도성 고분자로써, 음극의 저항은 유지하는 효과가 있다. In the negative electrode according to the present invention, the PEDOT / PSS polymer layer is disposed between the copper current collector and the negative electrode active material layer, thereby increasing the contact area with the negative electrode active material due to the unevenness of the PEDOT / PSS polymer layer, thereby increasing the copper current collector and the negative electrode active material layer. There is an effect of increasing the adhesion. Furthermore, the PEDOT / PSS polymer is a conductive polymer, it is effective to maintain the resistance of the negative electrode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음극을 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a negative electrode according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used herein is for the purpose of describing exemplary embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the terms "comprise", "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, component, or combination thereof, that is, one or more other features, It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리 집전체, 전도성 고분자 층, 및 음극 활물질 층을 순차적으로 포함하고, 상기 전도성 고분자는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)인 이차 전지용 음극을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, a copper current collector, a conductive polymer layer, and a negative electrode active material layer are sequentially included, and the conductive polymer is PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) negative electrode for secondary batteries To provide.
상기 구리 집전체는 6 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 음극 활물질 층의 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있다. 상기 음극 활물질의 평균 입경(D50)은 5 ㎛ 내지 23 ㎛일 수 있다. 상기 범위 내의 음극 활물질 입자가 사용되는 경우 상기 전도성 고분자 층의 요철과 접촉하여 가장 넓은 접촉 면적을 나타낼 수 있기 때문에, 집전체와 음극 활물질 간에 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. The copper current collector may have a thickness of 6 μm to 20 μm. The negative electrode active material of the negative electrode active material layer may be one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, and mixtures thereof. The average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material may be 5 μm to 23 μm. When the negative electrode active material particles in the above range is used, since it can contact the unevenness of the conductive polymer layer to exhibit the widest contact area, it can exhibit excellent adhesion between the current collector and the negative electrode active material.
종래에는, 상기 구리 집전체와 음극 활물질의 접착력을 우수하게 하기 위해, 사이에 고분자 층을 마련함으로써 이를 극복하고 있었다. 그러나, 고분자 층이 추가됨에 따라 음극의 저항은 높아지는 문제점이 있었다. Conventionally, in order to improve the adhesion between the copper current collector and the negative electrode active material, it was overcome by providing a polymer layer therebetween. However, there is a problem that the resistance of the negative electrode increases as the polymer layer is added.
본 발명에서는 저항이 높아지는 문제점을 해결하기 위해 PEDOT/PSS를 사용한 고분자 층을 제공한다. PEDOT/PSS 고분자는 티오펜의 구조에 에틸렌 디옥시 그룹을 고리의 형태로 갖는 전도성 고분자인 PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene))과 대기 안정성을 위한 PSS(polystyrene sulfonate)이 정전기적 인력에 의해 결합한 고분자이다. 따라서, 상기 전도성 고분자 층을 구리 집전체와 음극 활물질 층의 사이에 위치시키는 경우, 접착력이 우수하면서도 낮은 음극 저항을 유지하며, 공기나 열에 대한 화학적 안정성이 뛰어난 음극을 제공할 수 있다. The present invention provides a polymer layer using PEDOT / PSS to solve the problem of high resistance. PEDOT / PSS polymer is composed of electrostatic attraction between PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), a conductive polymer having ethylene dioxy group in the form of thiophene, and polystyrene sulfonate (PSS) for atmospheric stability. It is a combined polymer. Therefore, when the conductive polymer layer is positioned between the copper current collector and the negative electrode active material layer, it is possible to provide a negative electrode having excellent adhesion and maintaining a low negative electrode resistance and excellent chemical stability against air or heat.
상기 전도성 고분자 층의 두께는 10 내지 500 nm일 수 있다. 만약, 상기 전도성 고분자 층의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 전도성 고분자 층의 요철이 충분이 형성되지 않으므로 음극 활물질 간의 접촉 면적이 작아 음극 활물질 간의 접착력이 저하하는 문제점이 발생할 수 있고, 500 nm를 초과하는 경우에는 저항이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. The conductive polymer layer may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm. If the thickness of the conductive polymer layer is less than 10 nm, since the unevenness of the conductive polymer layer is not sufficiently formed, the contact area between the negative electrode active materials may be small, which may cause a problem that the adhesion between the negative electrode active materials is lowered, which is greater than 500 nm. In this case, a problem of increasing resistance may occur.
한편, 상기 전도성 고분자 층은 구리 집전체 상에 요철이 있는 상태로 형성되며, 이로 인해 표면적이 넓어지고, 음극 활물질과 접촉하는 면적이 넓어지므로 더욱 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. On the other hand, the conductive polymer layer is formed with a concave-convex state on the copper current collector, thereby widening the surface area, it is possible to exhibit a more excellent adhesion since the area in contact with the negative electrode active material.
구체적으로, 상기 전도성 고분자 층의 일면이며, 상기 음극 활물질 층과 맞닿은 면의 평균 표면 조도(Ra)가 130 nm 내지 800 nm일 수 있다. 만약, 상기 전도성 고분자 층의 일면의 평균 표면 조도(Ra)가 130 nm 미만인 경우에는 고분자 층의 요철이 충분이 형성되지 않았으므로 음극 활물질 간의 접촉 면적이 작아 음극 활물질 간의 접착력이 저하하는 문제점이 발생할 수 있고, 800 nm 초과인 경우에는 저항이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. Specifically, one surface of the conductive polymer layer, the average surface roughness (Ra) of the surface in contact with the negative electrode active material layer may be 130 nm to 800 nm. If the average surface roughness (Ra) of one surface of the conductive polymer layer is less than 130 nm, since the unevenness of the polymer layer is not sufficiently formed, the contact area between the negative electrode active materials is small, which may cause a problem that the adhesion between the negative electrode active materials is reduced. In case of more than 800 nm, a problem of increasing resistance may occur.
상기 평균 표면 조도는 AFM(Atomic Force Microscopy) 측정장비를 사용하여 측정할 수 있다. The average surface roughness can be measured using AFM (Atomic Force Microscopy) measuring equipment.
상기 전도성 고분자 층 및 음극 활물질 층의 중량비는 0.01:99.99 내지 0.5:99.50일 수 있다. The weight ratio of the conductive polymer layer and the negative electrode active material layer may be 0.01: 99.99 to 0.5: 99.50.
만약, 상기 전도성 고분자 층의 중량비가 0.01 미만인 경우에는 음극 활물질간의 접착력 향상이 미미한 문제점이 있고, 상기 전도성 고분자 층의 중량비가 0.5 초과인 경우에는 저항 증가의 문제점이 발생할 수 있다. If the weight ratio of the conductive polymer layer is less than 0.01, there is a slight improvement in adhesion between the negative electrode active materials, and if the weight ratio of the conductive polymer layer is more than 0.5, a problem of increasing resistance may occur.
상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴-부타디엔 고무, (메트)아크릴산메틸-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 카르복시 변성 스티렌-부타디엔 러버, 카르복시메틸셀룰로스(CMC) 및 변성 폴리오가노실록산계 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 특히, 스티렌-부타디엔을 사용하는 경우 음극 활물질 층과 전도성 고분자 층의 접착이 더욱 용이하다. The negative electrode active material layer includes a binder, the binder being styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile-butadiene rubber, methyl (meth) acrylate-butadiene rubber, chloroprene rubber, carboxy-modified styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose (CMC) ) And one or more selected from the group consisting of modified polyorganosiloxane polymers. In particular, when styrene-butadiene is used, adhesion of the negative electrode active material layer and the conductive polymer layer is easier.
상기 음극 활물질 층은 도전재를 포함할 수 있다. 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연흑연, 인조흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 또는 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리 페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 혼합하여 사용할 수 있다. The negative electrode active material layer may include a conductive material. The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and any battery can be used as long as it is an electronic conductive material without causing chemical changes in the battery. For example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen. Metal powders, such as black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, silver, a metal fiber, etc. can be used, and also conductive materials, such as a polyphenylene derivative, can be mixed and used.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음극, 양극 및 전해액을 포함하는 이차 전지를 제공한다. 상기 음극은 접착력 및 전도성이 우수하기 때문에, 이를 포함하여 제조되는 이차 전지는 우수한 안정성 및 용량 특성을 나타낼 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a secondary battery including the negative electrode, the positive electrode, and an electrolyte is provided. Since the negative electrode is excellent in adhesion and conductivity, the secondary battery manufactured by the same may exhibit excellent stability and capacity characteristics.
본 발명에 따른 음극의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 업계에 알려진 통상적인 방법 즉, 음극 활물질, 바인더 및 전도성 고분자를 포함하는 전극 슬러리를 전류 집전체 상에 도포 및 건조하여 제조될 수 있다. 이때 필요에 따라 분산제 또는 계면활성제를 사용할 수도 있다.The manufacturing method of the negative electrode according to the present invention is not particularly limited, and may be prepared by applying and drying a conventional method known in the art, that is, an electrode slurry including a negative electrode active material, a binder, and a conductive polymer on a current collector. At this time, a dispersing agent or surfactant may be used as needed.
한편, 본 발명에 따른 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 상기 양극 활물질 입자, 도전재 및 바인더, 충진제와 NMP 등의 용매를 혼합하여 만든 양극 합제를 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다. 본 발명에 있어서, 양극 활물질로는 리튬함유 전이금속산화물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1,0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 -yCoyO2, LiCo1 - yMnyO2, LiNi1 - yMnyO2(O≤y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4(0<z<2), LiMn2 - zCozO4(0<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.On the other hand, the positive electrode according to the present invention, for example, may be prepared by applying a positive electrode mixture made by mixing the positive electrode active material particles, conductive material and binder, a filler and a solvent such as NMP on a positive electrode current collector and then dried and rolled have. In the present invention, a lithium-containing transition metal oxide may be preferably used as the cathode active material, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 ( 0 <a <1, 0 <b <1,0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1 -y Co y O 2 , LiCo 1 - y Mn y O 2 , LiNi 1 - y Mn y O 2 (O ≦ y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2 - z Ni z O 4 (0 <z <2), LiMn 2 - z Co z O 4 (0 <z <2), LiCoPO 4 , and two of either or both selected from the group consisting of LiFePO 4 jong The above mixture can be used. In addition to these oxides, sulfides, selenides, and halides may also be used.
상기 전해액은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다. The electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 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 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be used.
상기 금속염은 리튬염을 사용할 수 있고, 본 발명에서 사용되는 전해액에 있어서, 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, 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 선택된 어느 하나일 수 있다.The metal salt may use a lithium salt, and in the electrolyte solution used in the present invention, lithium salt that may be included as an electrolyte may be used without limitation those conventionally used in the electrolyte for lithium secondary batteries, for example, anion of the lithium salt include F -, Cl -, Br - , 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 - it may be any one selected from the group consisting of -, CF 3 (CF 2) 7 SO 3 -, CF 3 CO 2 -, CH 3 CO 2 -, SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지 팩을 제공한다. 상기 이차 전지는 우수한 안정성 및 용량 특성을 나타내므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택된 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a battery module including the secondary battery as a unit cell and a battery pack used as a power source for a medium-large device including the same are provided. Since the secondary battery exhibits excellent stability and capacity characteristics, the secondary battery may be used as a power source for medium and large devices selected from the group consisting of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
<실시예 1> <Example 1>
단계 1: 전도성 Step 1: Conductive 고분자 층의Of polymer layer 형성 formation
용매로 물 100 g과 PEDOT:PSS 2 g을 1시간 동안 혼합한 용액을 슬릿 코팅 방식을 이용하여 음극 집전체인 구리 메시 호일(mesh foil) 상에 200 nm의 두께로 코팅하였다. 그 후, 130 ℃의 온도에서 건조함으로써 구리 집전체 상에 전도성 고분자 층을 형성하였고, 이때 평균 표면 조도는 450 nm였다. A solution of 100 g of water and 2 g of PEDOT: PSS as a solvent for 1 hour was coated with a thickness of 200 nm on a copper mesh foil, which is a negative electrode current collector, using a slit coating method. Thereafter, a conductive polymer layer was formed on the copper current collector by drying at a temperature of 130 ° C., with an average surface roughness of 450 nm.
단계 2: 음극의 제조Step 2: Preparation of the Cathode
상기 전도성 고분자 층이 형성된 구리 집전체 상에, 직경 30 내지 150 μm의 인조흑연 96 g, 수계 바인더인 CMC 1 g, SBR 2 g, 도전재인 아세틸렌 블랙 1 g, 용매인 물 220 g과 혼합하여 제조한 음극 합제를 도포한 후, 130 ℃의 진공오븐에서 건조하고 압연하여 음극을 제조하였다. On the copper current collector on which the conductive polymer layer is formed, a mixture of 96 g of artificial graphite having a diameter of 30 to 150 μm, 1 g of CMC, 2 g of SBR, 1 g of acetylene black as a conductive material, and 220 g of water as a solvent are prepared. After applying one negative electrode mixture, the negative electrode was prepared by drying and rolling in a vacuum oven at 130 ° C.
<비교예 1> Comparative Example 1
상기 실시예 1의 단계 1에서 전도성 고분자 층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 음극을 제조하였다. An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the conductive polymer layer was not formed in
<실험예 1> 접착력Experimental Example 1 Adhesion
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 음극의 접착강도를 알아보기 위해, 접착력 측정은 일반적으로 알려진 180 o peel test로 진행하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In order to find out the adhesive strength of the negative electrode prepared in Example 1 and Comparative Example 1, the adhesion was measured by a commonly known 180 o peel test. The results are shown in Table 1 below.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전도성 고분자 층이 없는 비교예 1에 비하여 실시예 1의 접착력이 10.8 % 증가하였음을 알 수 있다. As shown in Table 1, it can be seen that the adhesion of Example 1 was increased by 10.8% compared to Comparative Example 1 without the conductive polymer layer of the present invention.
이를 통해, 본 발명의 전도성 고분자 층을 구비함으로써, 전극의 접착 강도가 증가하였음을 알 수 있다. Through this, it can be seen that by providing the conductive polymer layer of the present invention, the adhesive strength of the electrode is increased.
<실험예 2> 전극 저항 측정Experimental Example 2 Electrode Resistance Measurement
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 음극의 저항을 4-탐침 면저항 측정장치로 측정한 후, 그 결과를 표 2에 도시하였다.After measuring the resistance of the negative electrode prepared in Example 1 and Comparative Example 1 with a four-probe sheet resistance measuring apparatus, the results are shown in Table 2.
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전도성 고분자 층이 있는 실시예 1에 비하여 전도성 고분자 층이 없는 비교예 1의 면저항이 10 % 높음을 알 수 있다. As shown in Table 2, it can be seen that the sheet resistance of Comparative Example 1 without the conductive polymer layer is 10% higher than that of Example 1 with the conductive polymer layer of the present invention.
이를 통해, 본 발명의 전도성 고분자 층을 구비함으로써, 전극의 접착 강도가 증가할 뿐만 아니라, 전극의 저항 또한 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. Through this, it can be seen that by providing the conductive polymer layer of the present invention, not only the adhesive strength of the electrode is increased but also the resistance of the electrode is also low.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the invention.
Claims (12)
상기 전도성 고분자는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)이며,
상기 전도성 고분자 층의 두께는 10 내지 500 nm인 이차 전지용 음극.
Sequentially comprising a copper current collector, a conductive polymer layer, and a negative electrode active material layer,
The conductive polymer is PEDOT / PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate),
The thickness of the conductive polymer layer is a secondary battery negative electrode 10 to 500 nm.
상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
The negative electrode active material is a negative electrode for a secondary battery, characterized in that one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, and mixtures thereof.
상기 전도성 고분자 층 및 음극 활물질 층의 중량비는 0.01:99.99 내지 0.5:99.5인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
The weight ratio of the conductive polymer layer and the negative electrode active material layer is a secondary battery negative electrode, characterized in that 0.01: 99.99 to 0.5: 99.5.
상기 음극 활물질 층은 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
The negative electrode active material layer comprises a binder, the binder is a secondary battery negative electrode, characterized in that the styrene-butadiene rubber (SBR).
상기 전도성 고분자 층의 일면이며, 상기 음극 활물질 층과 맞닿은 면은 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
One surface of the conductive polymer layer, the surface in contact with the negative electrode active material layer is a negative electrode for a secondary battery, characterized in that the irregularities are formed.
상기 전도성 고분자 층의 일면이며, 상기 음극 활물질 층과 맞닿은 면의 평균 표면 조도(Ra)가 130 nm 내지 800 nm인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
One surface of the conductive polymer layer, the average surface roughness (R a ) of the surface in contact with the negative electrode active material layer is a negative electrode for a secondary battery, characterized in that 130 nm to 800 nm.
상기 음극 활물질의 평균 입경(D50)은 5 ㎛ 내지 23 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 음극.
The method of claim 1,
An average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material is a secondary battery negative electrode, characterized in that 5 ㎛ to 23 ㎛.
A secondary battery comprising the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte of claim 1.
A battery module comprising the secondary battery of claim 9 as a unit cell.
A battery pack comprising the battery module of claim 10 and used as a power source for medium and large devices.
상기 중대형 디바이스가 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전지 팩.The method of claim 11,
The medium-to-large device is a battery pack is selected from the group consisting of electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles and power storage systems.
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