KR101621412B1 - 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101621412B1
KR101621412B1 KR1020140115490A KR20140115490A KR101621412B1 KR 101621412 B1 KR101621412 B1 KR 101621412B1 KR 1020140115490 A KR1020140115490 A KR 1020140115490A KR 20140115490 A KR20140115490 A KR 20140115490A KR 101621412 B1 KR101621412 B1 KR 101621412B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
carbonate
metal
secondary battery
electrode
Prior art date
Application number
KR1020140115490A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150030157A (ko
Inventor
손병국
장민철
김민서
성다영
이승호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to PCT/KR2014/008271 priority Critical patent/WO2015037868A1/ko
Priority to RU2015136806A priority patent/RU2644006C2/ru
Priority to JP2016527954A priority patent/JP6400094B2/ja
Priority to CN201480009758.XA priority patent/CN105009330B/zh
Priority to EP14843657.9A priority patent/EP2942827B1/en
Priority to US14/440,539 priority patent/US9673443B2/en
Priority to TW103130837A priority patent/TWI536637B/zh
Publication of KR20150030157A publication Critical patent/KR20150030157A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101621412B1 publication Critical patent/KR101621412B1/ko
Priority to JP2017219096A priority patent/JP6542330B2/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/76—Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
    • H01M4/762—Porous or perforated metallic containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

본 발명은 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 다공성 금속 집전체; 및 상기 금속 집전체에 형성된 기공에 삽입된 리튬 금속;을 포함하는 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 리튬 금속과 집전체와의 접촉 표면적이 향상됨으로써 리튬 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있고, 리튬 전극내의 전자분포의 균일화를 통해 리튬 이차전지의 구동 시에 리튬 덴드라이트 성장을 방지하여, 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지{Lithium electrode and lithium secondary battery including the same}
본 발명은 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이차전지의 구동 시에 리튬 덴드라이트 성장을 방지할 수 있는 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체가 적층 또는 권취된 구조로 전지케이스에 내장되며, 그 내부에 비수 전해액이 주입됨으로써 구성된다.
이때 상기 음극으로서 리튬 전극을 사용하는 경우, 일반적으로 평면상의 집전체상에 리튬 호일을 부착시킴으로써 형성된 리튬 전극을 사용하여 왔다.
도 1은 종래의 평면상의 집전체상에 리튬 호일을 부착시켜 제조한 리튬 전극에서의 전자이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여 전술한 일반적인 리튬 전극(10)에 대해서 설명하면, 전지의 구동 시, 집전체(11)를 통해 리튬 호일(12)로 이동하는 전자는 단일 방향의 흐름으로 이동한다. 이로 인해 리튬 표면상에서 전자밀도의 불균일화가 발생하게 되며, 이로써 리튬 덴드라이트(dendrite)가 형성될 수 있다.
이러한 리튬 덴드라이트는, 종국적으로는 세퍼레이터의 손상을 유발시킬 수 있고, 리튬 이차전지의 단락을 발생시킬 수도 있어 리튬 이차전지의 안전성을 해치게 되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 리튬 금속과 집전체와의 접촉 표면적을 향상시키고, 리튬 전극내의 전자분포의 균일화를 통해 리튬 이차전지의 구동 시에 리튬 덴드라이트 성장을 방지할 수 있는 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 금속 집전체; 및 상기 금속 집전체에 형성된 기공에 삽입된 리튬 금속;을 포함하는 리튬 전극이 제공된다.
여기서, 상기 리튬 금속은, 상기 리튬 전극의 전체 중량을 기준으로, 1 내지 50 중량%일 수 있다.
그리고, 상기 금속 집전체는, 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연 및 스테인레스스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 금속 집전체의 기공도는 50 내지 99%일 수 있다.
그리고, 상기 기공의 크기는 5 내지 500 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 금속 집전체는 금속메쉬(metal mesh) 또는 금속폼(metal foam)일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스에 내장되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액;을 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 음극은, 본 발명의 리튬 전극인 리튬 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 양극은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(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, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 양극 활물질을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 세퍼레이터는, 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리부틸렌 (polybutylene), 폴리펜텐 (polypentene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드 (polyphenylene oxide), 폴리페닐렌 설파이드 (polyphenylene sulfide), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 다공성 기재일 수 있다.
그리고, 상기 비수 전해액은, 유기용매 및 전해질 염을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 유기용매는, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 전해질 염은, 음이온으로서, 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 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전지케이스는, 원통형, 각형, 파우치형 또는 코인형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리튬 금속과 집전체와의 접촉 표면적이 향상됨으로써 리튬 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 리튬 전극내의 전자분포의 균일화를 통해 리튬 이차전지의 구동 시에 리튬 덴드라이트 성장을 방지하여, 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 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 1은 종래의 평면상의 집전체상에 리튬 호일을 부착시켜 제조한 리튬 전극에서의 전자이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬 전극에서의 전자이동 경로를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬 전극의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬 전극에서의 전자이동 경로를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬 전극의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 리튬 전극(100)은, 다공성 금속 집전체(110); 및 상기 금속 집전체(110)에 형성된 기공에 삽입된 리튬 금속(120);을 포함한다.
리튬 금속을 금속 집전체에 형성된 기공에 삽입시키기 위해, 상기 다공성 금속 집전체(110)에 리튬 호일을 올린 후, 롤 프레싱을 통해 상기 리튬 호일을 기공으로 삽입시키거나, 또는 리튬 금속을 녹인 후, 기공 사이에 주입하는 방법을 사용할 수 있다. 나아가, 상기 금속 집전체를 형성하는 금속 파우더 및 리튬 금속 파우더의 혼합물로 슬러리를 제작한 후, 기재 상에 상기 슬러리를 콤마코팅하거나, 바코팅 또는 슬롯다이코팅 등을 통해 본 발명의 리튬 전극(100)을 제조할 수도 있다.
종래의 리튬 전극은 평면상의 집전체상에 리튬 호일을 부착시켜 제조하였다. 이 경우 전지의 구동 시, 평면상의 집전체를 통해 리튬 호일로 이동하는 전자는 단일 방향의 흐름으로 이동하기 때문에, 리튬 호일의 표면상에서 전자밀도의 불균일화가 발생할 수 있었으며, 이로써 리튬 덴드라이트(dendrite)가 형성될 수 있었다. 이러한 리튬 덴드라이트는 세퍼레이터의 손상을 유발시킬 수 있고, 전지의 단락을 발생시킬 수 있어 문제가 된다.
그러나, 본 발명에 따르면, 다공성 금속 집전체(110)에 형성된 기공에 리튬 금속(120)이 삽입되어 있는 구조로서, 전극 활물질로 작용하는 리튬 금속과 집전체와 접촉면적을 향상시켜 리튬 금속 표면의 전자분포를 균일하게 만들어 준다. 이로써 리튬 이차전지의 성능을 향상시킬 수 있으며, 리튬 덴드라이트 성장을 방지하여, 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 리튬 금속(120)은, 상기 리튬 전극(100)의 전체 중량을 기준으로, 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 함량비를 만족하게 되면, 100 사이클 이상의 지속적인 충방전을 진행하더라도 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하여, 단락발생을 방지할 수 있다. 한편, 리튬 금속(120)의 함량이 1 중량% 미만이면 리튬 전극으로서의 역할 수행이 어려울 수 있고, 리튬 금속(120)의 함량이 50 중량%를 초과하면 리튬 금속(120)이 다공성 금속 집전체(110)의 기공을 전부 막게 되어, 다공성 금속 집전체(110)를 사용함에 따른 효과를 볼 수 없다.
여기서, 상기 금속 집전체(110)는, 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연 및 스테인레스스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있으나, 사용하고자 하는 전압영역에서 안정한 금속이라면 한정되지 않고 사용 가능하다.
그리고, 상기 금속 집전체(110)의 기공도가 높을수록, 기공의 사이즈는 작을수록 리튬 덴드라이트 성장 억제 효과는 우수해진다. 본 발명에서는, 상기 금속 집전체(110)의 기공도는 50 내지 99%일 수 있으며, 상기 금속 집전체(110)에 형성된 기공의 크기는, 5 내지 500 ㎛일 수 있다. 이로써 100 사이클 이상의 지속적인 충방전을 진행하더라도 리튬 덴드라이트의 성장을 억제하여, 단락발생을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 금속 집전체(110)는 금속메쉬(metal mesh) 또는 금속폼(metal foam)일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스에 내장되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액;을 포함하는 리튬 이차전지로서, 상기 음극은, 본 발명의 리튬 전극인 리튬 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 양극은, 양극 집전체와 그의 일면 또는 양면에 도포된 양극 활물질층으로 구성될 수 있다. 여기서 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있고, 상기 양극 활물질층에 포함된 양극 활물질은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(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, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 양극 활물질층은, 전기 전도성을 향상시키기 위해 도전재를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 도전재는, 리튬 이차전지에서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도성 물질이면 특별한 제한이 없다. 일반적으로 카본블랙(carbon black), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 금속분말, 도전성 금속산화물, 유기 도전재 등을 사용할 수 있고, 현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙 (Ketjen Black) EC 계열(아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P (엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.
그리고, 양극 활물질을 양극 집전체에 유지시키고, 또 활물질들 사이를 이어주는 기능을 갖는 바인더로서 예를 들면, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (CMC, carboxyl methyl cellulose) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 세퍼레이터는 다공성 기재로 이루어질 수 있는데, 상기 다공성 기재는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드 (polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 50 ㎛이다.
다공성 기재에 존재하는 기공의 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001㎛ 내지 50㎛ 및 10% 내지 95%일 수 있다.
그리고, 본 발명에서 사용될 수 있는 비수 전해액에 포함되는 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 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.
전술한 비수 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기 용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다. 그리고, 상기 전지케이스는 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
1. 실시예 1
(1) 양극의 제조
양극 활물질로서 LiCoO2, 도전재로서 수퍼 P 및 바인더로서 폴리비닐리덴 풀루오라이드(PVDF)가 각각 95 중량%, 2.5 중량% 및 2.5 중량%로 이루어진 양극 활물질 슬러리를 제조한 후, 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 집전체상에 도포한 후, 건조함으로써 양극을 제조하였다.
(2) 음극의 제조
평균 기공의 크기가 400 ㎛이고, 기공도가 90%인 구리 폼(foam)의 집전체 상에 리튬 호일을 올린 후, 롤 프레싱을 통해 상기 구리 폼의 기공으로 삽입시킴으로써, 음극을 제조하였다. 이때 리튬 금속은 음극 전체의 중량대비 5 중량%가 되도록 하였다.
(3) 리튬 이차전지의 제조
상기 제조된 양극과 음극의 사이에, 폴리프로필렌계 다공성 막을 개재시킨 전극 조립체를 파우치형의 전지케이스에 삽입한 후, 상기 전지케이스에 비수전해액(1M LiPF6, EC:EMC=3:7(부피비))을 주입하였으며, 이후 완전히 밀봉함으로써 리튬 이차전지를 제조하였다.
2. 실시예 2
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 10 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
3. 실시예 3
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 20 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
4. 실시예 4
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 30 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
5. 실시예 5
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 50 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
6. 비교예 1
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 60 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
7. 비교예 2
음극으로서, 음극 전체의 중량대비 70 중량%의 리튬 금속이 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
8. 비교예 3
음극으로서, 구리 폼이 아닌 일반적인 구리 호일 집전체에 리튬 호일이 적층된 것을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
9. 리튬 이차전지의 단락 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차전지에 대해 0.1 C 전류밀도의 충전 및 0.1 C 전류밀도의 방전을 반복하면서, 전지의 단락이 일어나는 시점을 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.
종류 전지 단락 시점(Cycle)
실시예 1 190
실시예 2 >400
실시예 3 320
실시예 4 250
실시예 5 200
비교예 1 130
비교예 2 130
비교예 3 130
상기 표 1에 따르면, 비교예의 경우가 실시예에 비해 전지 단락 시점이 빠르다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예와 같이 다공성 금속 집전체를 포함하는 리튬 전극은, 리튬 덴드라이트 성장을 억제함으로써, 전지의 단락 현상을 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있다. 한편, 리튬 금속의 함량이 50 중량%를 초과하는 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 다공성 금속 집전체를 사용하지 아니한 비교예 3과 동일한 사이클에서 단락이 일어났으며, 이 경우, 리튬 금속이 다공성 금속 집전체의 기공을 전부 막게 되어, 다공성 금속 집전체를 사용함에 따른 효과를 볼 수 없는 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 100: 리튬 전극
11: 집전체
12: 리튬 호일
110: 다공성 금속 집전체
120: 리튬 금속

Claims (13)

  1. 다공성 금속 집전체; 및
    상기 금속 집전체에 형성된 기공에 삽입된 리튬 금속;으로 구성되고,
    상기 리튬 금속은, 상기 다공성 금속 집전체와 상기 리튬 금속의 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%인 리튬 덴드라이트 성장을 방지하는 리튬 이차전지용 리튬 전극.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 집전체는, 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연 및 스테인레스스틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 집전체의 기공도는 50 내지 99%인 것을 특징으로 하는 리튬 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기공의 크기는 5 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 집전체는 금속메쉬(metal mesh) 또는 금속폼(metal foam)인 것을 특징으로 하는 리튬 전극.
  7. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및
    상기 전지케이스에 내장되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액;을 포함하는 리튬 이차전지로서,
    상기 음극은, 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 리튬 전극인 리튬 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양극은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(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, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는, 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리부틸렌 (polybutylene), 폴리펜텐 (polypentene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드 (polyphenylene oxide), 폴리페닐렌 설파이드 (polyphenylene sulfide), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (polyethylene naphthalate)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 다공성 기재인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 비수 전해액은, 유기용매 및 전해질 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유기용매는, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 에틸프로필 카보네이트, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전해질 염은, 음이온으로서, 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 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 전지케이스는, 원통형, 각형, 파우치형 또는 코인형인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
KR1020140115490A 2013-09-11 2014-09-01 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 KR101621412B1 (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2014/008271 WO2015037868A1 (ko) 2013-09-11 2014-09-03 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
RU2015136806A RU2644006C2 (ru) 2013-09-11 2014-09-03 Литиевый электрод и содержащая его литиевая аккумуляторная батарея
JP2016527954A JP6400094B2 (ja) 2013-09-11 2014-09-03 リチウム電極及びそれを含むリチウム二次電池
CN201480009758.XA CN105009330B (zh) 2013-09-11 2014-09-03 锂电极以及包含该锂电极的锂二次电池
EP14843657.9A EP2942827B1 (en) 2013-09-11 2014-09-03 Lithium electrode and lithium secondary battery comprising same
US14/440,539 US9673443B2 (en) 2013-09-11 2014-09-03 Lithium electrode and lithium secondary battery comprising the same
TW103130837A TWI536637B (zh) 2013-09-11 2014-09-05 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組
JP2017219096A JP6542330B2 (ja) 2013-09-11 2017-11-14 リチウム電極及びそれを含むリチウム二次電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130109366 2013-09-11
KR1020130109366 2013-09-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150030157A KR20150030157A (ko) 2015-03-19
KR101621412B1 true KR101621412B1 (ko) 2016-05-16

Family

ID=53024330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140115490A KR101621412B1 (ko) 2013-09-11 2014-09-01 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9673443B2 (ko)
EP (1) EP2942827B1 (ko)
JP (2) JP6400094B2 (ko)
KR (1) KR101621412B1 (ko)
CN (1) CN105009330B (ko)
RU (1) RU2644006C2 (ko)
TW (1) TWI536637B (ko)
WO (1) WO2015037868A1 (ko)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101621410B1 (ko) * 2013-09-11 2016-05-16 주식회사 엘지화학 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
GB201501507D0 (en) 2015-01-29 2015-03-18 Sigma Lithium Ltd Composite materials
KR102490865B1 (ko) * 2015-06-18 2023-01-20 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 전지
KR102069826B1 (ko) * 2015-07-22 2020-01-23 주식회사 엘지화학 다공성 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
US20170040605A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 Google Inc. Micro-Porous Battery Substrate
US10686193B2 (en) 2016-07-25 2020-06-16 Lg Chem, Ltd. Negative electrode comprising mesh-type current collector, lithium secondary battery comprising the same, and manufacturing method thereof
KR102142552B1 (ko) 2016-10-05 2020-08-10 주식회사 엘지화학 리튬금속 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지
CN109478635B (zh) * 2016-10-05 2022-04-08 株式会社Lg化学 锂金属二次电池用负极和包含其的锂金属二次电池
JP6998550B2 (ja) 2017-05-18 2022-02-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP6998551B2 (ja) 2017-05-18 2022-02-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
US10741835B1 (en) * 2017-08-18 2020-08-11 Apple Inc. Anode structure for a lithium metal battery
KR20190076769A (ko) * 2017-12-22 2019-07-02 주식회사 포스코 리튬 금속 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN108390014B (zh) * 2018-01-08 2022-05-31 华南师范大学 泡沫镍负载不同形貌一氧化钴纳米材料的制备方法
JP7113226B2 (ja) 2018-03-09 2022-08-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP7113227B2 (ja) 2018-03-09 2022-08-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
US11145891B2 (en) 2018-04-24 2021-10-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium metal secondary battery and method for producing the same
DE102018112639A1 (de) * 2018-05-25 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Kathodenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung
EP3576196A1 (en) 2018-05-31 2019-12-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
JP7194940B2 (ja) * 2018-05-31 2022-12-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP7289072B2 (ja) 2018-05-31 2023-06-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
EP3576186B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576184B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
JP2019212605A (ja) 2018-05-31 2019-12-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
EP3576191B1 (en) 2018-05-31 2022-10-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576183B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576185B1 (en) 2018-05-31 2023-02-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
KR20200018259A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 주식회사 엘지화학 리튬 금속 전지용 음극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지
CN113809326A (zh) * 2020-06-11 2021-12-17 上海轩玳科技有限公司 一种全固态锂离子电池制造工艺方法
EP4089781A4 (en) * 2021-03-31 2023-05-31 Ningde Amperex Technology Ltd. ELECTROCHEMICAL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
CN113707845B (zh) * 2021-08-28 2023-01-17 上海大学 一种钾金属电池负极及其制备方法和应用、钾金属电池

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02309558A (ja) * 1989-05-24 1990-12-25 Sumitomo Electric Ind Ltd リチウム２次電池用負極
JPH04286864A (ja) * 1991-03-15 1992-10-12 Hitachi Ltd 二次電池
JPH0729596A (ja) 1993-07-14 1995-01-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウム二次電池
JP2000173595A (ja) * 1998-12-08 2000-06-23 Sony Corp 複合負極及びそれを用いた二次電池
JP2002117908A (ja) 2000-10-06 2002-04-19 Sony Corp 非水電解液電池
WO2002061863A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Korea Institute Of Science And Technology A lithium electrode dispersed in porous 3-dimensional current collector, its fabrication method and lithium battery comprising the same
KR100874199B1 (ko) * 2002-12-26 2008-12-15 후지 주코교 카부시키카이샤 축전장치 및 축전장치의 제조방법
KR100559364B1 (ko) * 2003-05-09 2006-03-10 한국과학기술연구원 다공성의 3차원 집전체로 구성된 전극과 이를 이용한리튬전지, 및 그 제조방법
TWI237417B (en) 2003-07-25 2005-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electrode structure and rechargeable lithium battery using the same
KR100521473B1 (ko) 2004-11-23 2005-10-12 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지
JP4842633B2 (ja) * 2005-12-22 2011-12-21 富士重工業株式会社 電池又はキャパシタ用リチウム金属箔の製造方法
US8277974B2 (en) * 2008-04-25 2012-10-02 Envia Systems, Inc. High energy lithium ion batteries with particular negative electrode compositions
JP2011249260A (ja) 2010-05-31 2011-12-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 非水電解質電池用集電体、及び非水電解質電池用電極、並びに非水電解質電池
JP5605749B2 (ja) 2010-05-31 2014-10-15 住友電気工業株式会社 リチウム電池用合金負極とその製造方法およびリチウム電池
JP5636901B2 (ja) 2010-11-18 2014-12-10 トヨタ自動車株式会社 二次電池用負極及び空気二次電池
KR20120111508A (ko) * 2011-04-01 2012-10-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 집전체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN102437313A (zh) 2011-12-08 2012-05-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种大功率金属锂电池用负电极
CN102437310A (zh) * 2011-12-08 2012-05-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种粉末锂电极的制备方法
WO2013140941A1 (ja) * 2012-03-22 2013-09-26 住友電気工業株式会社 集電体用三次元網状金属多孔体及び電極並びに非水電解質二次電池
CN102683639B (zh) 2012-06-12 2016-03-23 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池阳极片及使用该阳极片的锂离子电池
US20140272558A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 GM Global Technology Operations LLC Electrode for a lithium-based secondary electrochemical device and method of forming same

Also Published As

Publication number Publication date
US20150280212A1 (en) 2015-10-01
US9673443B2 (en) 2017-06-06
EP2942827A4 (en) 2016-08-10
JP6400094B2 (ja) 2018-10-03
WO2015037868A1 (ko) 2015-03-19
JP6542330B2 (ja) 2019-07-10
JP2018026365A (ja) 2018-02-15
EP2942827A1 (en) 2015-11-11
RU2644006C2 (ru) 2018-02-07
CN105009330A (zh) 2015-10-28
JP2016527680A (ja) 2016-09-08
TWI536637B (zh) 2016-06-01
TW201530867A (zh) 2015-08-01
CN105009330B (zh) 2018-01-05
EP2942827B1 (en) 2020-05-13
RU2015136806A (ru) 2017-10-16
KR20150030157A (ko) 2015-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101621412B1 (ko) 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
KR101621410B1 (ko) 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
KR102160708B1 (ko) 이중 보호층이 형성된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102160701B1 (ko) 천공 구조의 집전체를 포함하는 전극, 이를 포함하는 리튬 이차전지
EP3429014B1 (en) Lithium secondary battery having lithium metal formed on cathode and manufacturing method therefor
KR102003297B1 (ko) 패터닝 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR101676408B1 (ko) 전극-분리막 복합체의 제조방법, 그 제조방법에 의해 제조된 전극-분리막 복합체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
KR102420592B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극의 제조방법
KR102238829B1 (ko) 리튬 금속 이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈
KR102244904B1 (ko) 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지
KR102069826B1 (ko) 다공성 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR20190085772A (ko) 리튬 전극을 포함하는 리튬 금속 이차전지의 제조방법
US20220328805A1 (en) Device for pre-lithiation of negative electrode and method for pre-lithiation of negative electrode
CN114651356A (zh) 电极组件堆叠故障检测方法、包括绝缘构件的电极组件以及包括其的电池电芯
KR102256734B1 (ko) 리튬 이차전지 및 이의 제조방법
KR102207527B1 (ko) 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지
KR101950706B1 (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 4