KR102283842B1 - Current collector for electrode of secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 전극용 집전체에 관한 것으로, 특히 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체에 관한 것이다.The present invention relates to a current collector for a secondary battery electrode, in particular, in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode to obtain high energy and high output, porous to reduce resistance in the electrode and facilitate movement of lithium ions It relates to a current collector formed of a conductor.
Description
본 발명은 이차전지 전극용 집전체에 관한 것으로, 특히 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체에 관한 것이다.The present invention relates to a current collector for a secondary battery electrode, and in particular, in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode to obtain high energy and high output, porous to reduce resistance in the electrode and facilitate movement of lithium ions It relates to a current collector formed of a conductor.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 소형 이차 전지 개발이 절실히 요청되고 있다. 또한 환경 및 에너지 문제의 해결 방안의 하나인 전기자동차와 심야유휴전력의 효율적 활용을 위한 대형 이차전지의 개발 수요가 높아지고 있다. 이러한 수요에 부응하기 위해 지금까지 많은 연구가 이루어진 것이 리튬이차전지이다.With the increase in technology development and demand for mobile devices, there is an urgent need to develop a small, lightweight, long-lasting, and reliable high-performance small secondary battery. In addition, there is a growing demand for the development of electric vehicles, which are one of the solutions to environmental and energy problems, and large secondary batteries for efficient use of late-night idle power. In order to meet this demand, a lot of research has been done on lithium secondary batteries.
리튬이차전지는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬금속전지 및 리튬이온전지와 고체고분자전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 나눌 수 있다.Lithium secondary batteries can be divided into lithium metal batteries and lithium ion batteries using an organic solvent electrolyte, and lithium polymer batteries using solid polymer electrolytes, depending on the type of electrolyte.
이 중, 리튬폴리머전지는 전해질이 고체이기 때문에 전해질의 누수염려가 없어 안정성이 확보되고, 또한 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 에너지 밀도가 높은 형태로 제조할 수 있어, 향후에도 지속적인 개발이 기대되고 있다.Of these, lithium polymer batteries have a solid electrolyte, so there is no concern about electrolyte leakage, so stability is secured. there is.
한편, 리튬이차전지는 충·방전 횟수가 증가함에 따라 양극활물질과 전해질의 계면, 음극활물질과 전해질의 계면, 전해질 자체에서 저항 성분이 생성되면서 리튬 이온의 흐름이 방해를 받기 때문에 수명 및 용량이 감소하게 된다.On the other hand, as the number of charge and discharge increases in lithium secondary batteries, resistance components are generated at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte, the negative electrode active material and the electrolyte, and the electrolyte itself, and the flow of lithium ions is disturbed, so the lifespan and capacity decrease. will do
특히 저항 성분은 주로 양극 측에서 발생되는 전해질의 분해 반응에 의해 발생되는데, 전해질의 분해 반응은 많은 가스를 발생시켜 전지 내부의 접촉을 감소시켜 저항을 증가시키거나, 전해질의 점도를 증가시켜 리튬 이온의 흐름을 방해하게 되어, 전지의 수명 및 용량이 감소하는 문제가 있다.In particular, the resistance component is mainly generated by the decomposition reaction of the electrolyte that occurs on the positive electrode side. The decomposition reaction of the electrolyte generates a lot of gas to reduce the contact inside the battery to increase the resistance, or to increase the viscosity of the electrolyte to increase the lithium ion It interferes with the flow of the battery, there is a problem that the life and capacity of the battery is reduced.
본 발명과 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2013-011697호(2013.10.11 공개)에는 전극조립체가 개시되어 있으나, 상기와 같은 문제점을 해결하는 기술적 수단에 대해서는 언급한 바 없다.In relation to the present invention, although an electrode assembly is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-011697 (published on October 11, 2013), technical means for solving the above problems are not mentioned.
본 발명의 목적은 상기와 같은 저항 문제를 해결하고, 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the resistance problem as described above, and in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode in order to obtain high energy and high output, reduce the resistance in the electrode, and porous to facilitate the movement of lithium ions An object of the present invention is to provide a current collector formed of a conductor.
본 발명은 고에너지, 고출력을 얻기 위하여 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 하도록 다공성 도전체로 형성된 집전체를 제공한다.The present invention provides a current collector formed of a porous conductor to reduce resistance within the electrode and facilitate movement of lithium ions in a lithium secondary battery including electrodes stacked in multiple rows to obtain high energy and high output.
본 발명의 다공성 도전체로 형성된 집전체에 의하면, 고에너지, 고출력을 위해 다열 적층된 전극을 포함하는 이차전지의 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 함으로써, 이를 포함하고 있는 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.According to the current collector formed of the porous conductor of the present invention, by reducing the resistance in the electrode of the secondary battery including the multi-row stacked electrode for high energy and high output, and by facilitating the movement of lithium ions, the secondary battery including the same It is possible to obtain the effect of improving the output and lifespan of
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 집전체의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 집전체의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 집전체의 개략도이다.1 is an SEM photograph of a current collector according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM photograph of a current collector according to another embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a current collector of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것인바, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only the present embodiment is intended to complete the disclosure of the present invention, and it is common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지 전극용 집전체에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a current collector for a secondary battery electrode according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이차전지 전극용 집전체는 이차전지의 전극에 포함되는 것으로서, 도 1, 2에 나타난 것과 같은 다공성 도전체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The current collector for a secondary battery electrode of the present invention is included in the electrode of the secondary battery, and includes a porous conductor as shown in FIGS. 1 and 2 .
즉, 각 전극에 있어서, 다열 적층된 단위전극 중 집전체를 기준으로 안쪽에 위치하는 활물질층에서 기공을 통해 리튬 이온이 활발히 이동할 수 있도록, 다공성 도전체가 포함된 집전체가 일종의 채널의 역할을 하게 되는바, 저항이 더욱 감소되고, 리튬 이온의 이동이 원활하게 되어, 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.That is, in each electrode, the current collector containing the porous conductor serves as a kind of channel so that lithium ions can actively move through the pores in the active material layer located inside the current collector among the multi-row stacked unit electrodes. As a result, the resistance is further reduced, and the movement of lithium ions becomes smooth, so that it is possible to obtain the effect of improving the output and lifespan of the secondary battery.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%, 더욱 바람직하게는 60~85%일 수 있다. 투과도가 45% 미만인 경우에는 낮은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도가 낮아 저항이 상승되고 이차전지의 출력과 수명이 열위를 나타낸다. 95%를 초과하는 경우에는 높은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도는 높아지나, 다공성 도전체의 도선이 차지하는 영역이 줄어들게 되므로 전자전도도가 떨어져 이차전지의 특성이 저하된다.In the present invention, the transmittance of the porous conductor may be 45 to 95%, more preferably 60 to 85%. When the transmittance is less than 45%, the conductivity of lithium ions is low due to the low transmittance, so that the resistance is increased, and the output and lifespan of the secondary battery are inferior. When it exceeds 95%, the conductivity of lithium ions is increased due to the high permeability, but since the area occupied by the conducting wire of the porous conductor is reduced, the electronic conductivity is lowered and the characteristics of the secondary battery are deteriorated.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 재질은 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 특히 음극집전체에 포함되는 다공성 도전체는 탄소전극의 작동범위(표준전위에서 리튬 대비 0.01~3V)에서 전기화학적으로 비활성을 나타내면서도 전자전도성을 갖는 것이 바람직하다.In the present invention, the material of the porous conductor may be at least one selected from aluminum foil, copper foil, nickel foil, copper mesh, and carbon mesh. In particular, it is preferable that the porous conductor included in the negative electrode current collector has electronic conductivity while exhibiting electrochemical inactivity in the operating range of the carbon electrode (0.01 to 3V compared to lithium at the standard potential).
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 두께는 4~30㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 6~20㎛일 수 있다. 두께가 4㎛ 미만인 경우에는 도선의 역할을 하는 다공성 도전체로써 박막도선이 되어 전극의 발열에 의한 전극열화의 문제가 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 Pore의 길이가 길어 Li ion 의 이동 거리가 늘어남에 따라 전극의 저항상승 문제가 있다. In the present invention, the thickness of the porous conductor may be 4 ~ 30㎛, more preferably 6 ~ 20㎛. If the thickness is less than 4㎛, there is a problem of electrode deterioration due to heat generation of the electrode as it becomes a thin-film conductor as a porous conductor that acts as a conductor. As it increases, there is a problem of increasing the resistance of the electrode.
본 발명에서 상기 다공성 도전체가 갖는 기공의 평균 직경은 300nm~900nm인 것, 특히 500nm~900nm인 것이 바람직하다.In the present invention, the average diameter of the pores of the porous conductor is preferably 300 nm to 900 nm, particularly 500 nm to 900 nm.
기공의 평균 직경은 도 3에 모식적으로 나타낸 집전체에서 (D)에 해당하는 것으로, 기공의 평균 직경이 300nm 미만인 경우에는 저항이 커져서 이차전지의 수명, 출력특성이 떨어지고, 900nm를 초과하는 경우에는 활물질보다 큰 기공으로 인해 정량의 코팅두께를 확보하는데 문제가 있다.The average diameter of the pores corresponds to (D) in the current collector schematically shown in FIG. 3 , and when the average diameter of the pores is less than 300 nm, the resistance increases and the life and output characteristics of the secondary battery decrease, and when it exceeds 900 nm There is a problem in securing a quantitative coating thickness due to pores larger than the active material.
본 발명의 일실시예에 있어서 다공성 도전체는 3차원의 열린 기공 또는 닫힌 기공을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the porous conductor may include three-dimensional open pores or closed pores.
즉, 본 발명의 다공성 도전체는 도 1에 나타난 바와 같이, 고분자 분해 방식에 의해 형성된 3차원의 열린 기공 또는 닫힌 기공을 포함할 수 있다.That is, the porous conductor of the present invention may include three-dimensional open pores or closed pores formed by polymer decomposition, as shown in FIG. 1 .
3차원 다공성 도전체에 있어서, 열린 기공은 기공과 기공이 서로 연결되어 있는 구조이며, 닫힌 기공은 기공과 기공 사이가 도전체 금속으로 막힌 구조를 의미한다.In a three-dimensional porous conductor, an open pore refers to a structure in which pores are connected to each other, and a closed pore refers to a structure in which pores and pores are blocked with a conductive metal.
이 중, 열린 기공은, 기공이 서로 연결되어 3차원 구조에서 리튬 이온이 투과할 수 있는 통로를 제공하는 역할을 하는바, 본 발명의 다공성 도전체는 열린 기공이 전체 기공의 부피 대비 40% 이상이어야 한다. Among them, the open pores serve to provide a passage through which lithium ions can permeate in a three-dimensional structure by connecting the pores. should be
열린 기공이 전체 기공의 부피 대비 40% 미만인 경우에는 리튬 이온이 원활히 이동하기가 어려운바, 전극의 저항이 올라가기 때문에 이차전지의 출력특성 및 수명이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.When the open pores are less than 40% of the total volume of the pores, it is difficult for lithium ions to move smoothly. Since the resistance of the electrode increases, the output characteristics and lifespan of the secondary battery may be deteriorated.
3차원 다공성 도전체의 기공 형성방법 건식법과 습식법이 가능하다. 건식법은 압출된 포일을 연신하면서 라멜라 결정 계면에 미세균얼을 발생시키는 방법으로 기공을 확보하는 방법이다. 습식법은 고분자와 가소제를 고온에서 균일하게 혼합한 후, 냉각시키면서 상분리를 유도한 후 가소제를 제거하는 방법으로 기공을 확보하는 방법이다. 또한, 고분자와 가소제 이외에 무기분체 등을 혼합한 후 가소제와 동시에 무기분체를 제거하는 방법으로 기공을 확보할 수도 있다. 무기분체를 혼합한 경우에는 기공의 직경이 크며, 공극률을 높일 수 있게 된다.Methods for forming pores of a three-dimensional porous conductor A dry method and a wet method are possible. The dry method is a method of securing pores by generating microscopic balls at the lamellar crystal interface while stretching the extruded foil. The wet method is a method of securing pores by uniformly mixing a polymer and a plasticizer at a high temperature, inducing phase separation while cooling, and then removing the plasticizer. In addition, pores may be secured by mixing the inorganic powder and the like in addition to the polymer and the plasticizer and then removing the inorganic powder together with the plasticizer. When the inorganic powder is mixed, the pore diameter is large and the porosity can be increased.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 있어서, 상기 다공성 도전체는 2차원의 열린 기공 구조를 가질 수도 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the porous conductor may have a two-dimensional open pore structure.
즉, 본 발명의 다공성 도전체는 도 2에 나타난 바와 같이, 레이저에 의해 형성된 2차원의 열린 기공 구조를 포함할 수 있다.That is, the porous conductor of the present invention may include a two-dimensional open pore structure formed by a laser, as shown in FIG. 2 .
2차원 다공성 도전체에 있어서, 열린 기공은 리튬 이온이 이동할 수 있도록 다공성 도전체를 관통하여 형성된 기공 구조임을 의미한다.In the two-dimensional porous conductor, the open pores mean a pore structure formed through the porous conductor so that lithium ions can move.
2차원 열린 기공 구조의 다공성 도전체의 기공 형성은 금속 포일 원단에 기공 사이즈 및 피치값을 사전에 입력하고 스캐너를 통해 포일의 사이즈를 확인한 후 레이저를 조사함으로써 기공을 확보하는 방법을 이용할 수 있다.For the formation of pores of a porous conductor having a two-dimensional open pore structure, a method of securing pores by inputting pore size and pitch values to the metal foil fabric in advance, checking the size of the foil through a scanner, and irradiating a laser can be used.
본 발명은 상술한 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 활물질을 도포하여 제조된 전극 및 분리막을 포함하는 전극조립체에 관한 내용도 포함된다.The present invention also includes an electrode assembly including an electrode and a separator manufactured by applying an active material to a current collector including the above-described porous conductor.
본 발명의 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 양극활물질을 도포하는 경우, 상기 전극은 양극이 된다. 본 발명에 사용될 수 있는 양극활물질로는 칼코게나이드 화합물이 사용될 수 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.When the positive electrode active material is applied to the current collector including the porous conductor of the present invention, the electrode becomes a positive electrode. A chalcogenide compound may be used as a cathode active material that can be used in the present invention, for example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 (0<x<1), LiMnO 2 Although complex metal oxides such as these are used, the present invention is not limited thereto.
본 발명의 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 음극활물질을 도포하는 경우, 상기 전극은 음극이 된다. 본 발명에 사용될 수 있는 음극활물질로는 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이금속산화물, 리튬금속질화물, 리튬금속산화물 등이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.When the negative electrode active material is applied to the current collector including the porous conductor of the present invention, the electrode becomes the negative electrode. As a negative active material that can be used in the present invention, carbon-based materials, Si, Sn, tin oxide, tin alloy composite, transition metal oxide, lithium metal nitride, lithium metal oxide, etc. are used, but limiting the material in the present invention is no.
본 발명에서 상기 전극은 2 이상의 단위전극이 다열 적층될 수 있는바, 적층된 전극개수에 반비례하여 전극에 걸리는 저항을 낮추면서도, 다공성 도전체를 통해 리튬 이온의 이동이 원활하게 되어, 전극에 걸리는 저항을 더욱 낮출 수 있으므로 이차전지의 출력 및 수명특성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, since the electrode can be stacked in multiple rows of two or more unit electrodes, the resistance applied to the electrode is lowered in inverse proportion to the number of stacked electrodes, and lithium ions move smoothly through the porous conductor, Since the resistance can be further lowered, the output and lifespan characteristics of the secondary battery can be improved.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.
실시예 1 Example 1
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of porous conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다. A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were input to the aluminum foil fabric with a thickness of 12um, and the size of the foil was checked through a scanner, and then a porous conductor was obtained by irradiating it with a laser.
(양극 제조)(anode manufacturing)
Li(Ni/Co/Mn)O2 : 카본블랙 : PVDF = 94 : 3 : 3 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 상기 제조된 투과도가 50%, 기공 평균 직경이 900nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일에 양면 코팅하고, 130℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위양극을 제조하였다. 양면 코팅 양극의 두께는 140㎛이었다.Li(Ni/Co/Mn)O2 : carbon black : PVDF = 94 : 3 : 3 to prepare a slurry by dispersing it in NMP, the prepared slurry has a transmittance of 50%, an average pore diameter of 900 nm, and a thickness Both sides were coated on 10 μm aluminum foil, dried sufficiently at 130° C., and pressed to prepare a unit anode. The thickness of the double-coated anode was 140 μm.
(음극 제조)(Cathode Manufacturing)
그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : PVDF = 93 : 1 : 6의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 구리 호일에 양면 코팅하고, 130 ℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위음극을 제조하였다. 양면 코팅 음극의 두께는 135㎛이었다.Graphite: acetylene black: PVDF = 93: 1: After preparing a slurry by dispersing it in NMP at a weight ratio of 1: 6, the slurry was coated on both sides on copper foil, dried sufficiently at 130 ° C., and pressed to prepare a unit cathode. The thickness of the double-coated negative electrode was 135 μm.
(전극조립체의 제조)(Manufacture of electrode assembly)
분리막으로서 미세 다공 구조를 갖는 두께 16㎛의 폴리프로필렌 필름을 제1 고분자 분리막으로 하고, 솔베이폴리머(Solvey Polymer)사의 폴리비닐리덴플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 32008를 겔화 2차 고분자로 하는 다층 고분자 필름을 사용하였다. A polypropylene film with a thickness of 16 μm having a microporous structure as a separator is used as the first polymer separator, and Solvey Polymer's polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer 32008 is used as a gelling secondary polymer A multilayer polymer film was used.
상기에서 제조된 양극물질이 양극집전체에 양면 코팅된 단위양극을 7.8 cm × 10.6 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단하고, 같은 방법으로 제조한 또 다른 단위양극을 같은 방법으로 재단한 후, 단위양극을 중첩시키면서 이때 상기 제조된 도전성 중간층을 단위양극간 계면에 위치하도록 하였다. 계면저항을 줄이기 위해 상기 양극전극에 코팅된 도전성 paste를 사이에 두고 140 ℃의 롤 라미네이터에 통과시켜 열 융착하여 하나의 양극 조립체를 제조하였다.The unit anode in which the cathode material prepared above is coated on both sides on the cathode current collector is cut into a rectangle with a size of 7.8 cm × 10.6 cm except for the place where the tab is to be made, and another unit cathode prepared in the same way is cut in the same way. Then, while overlapping the unit anodes, the prepared conductive intermediate layer was positioned at the interface between the unit anodes. In order to reduce the interfacial resistance, the conductive paste coated on the positive electrode was passed through a roll laminator at 140° C. and thermally fused to prepare a positive electrode assembly.
한편, 음극물질이 음극집전체에 양면 코팅된 음극을 80 cm × 108 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단한 후, 양극과 음극의 사이에 상기에서 제조된 다층 고분자 필름을 84 cm × 112 cm 크기로 잘라서 도 1의 전극조립체를 제조하였다.On the other hand, after the negative electrode material coated on both sides on the negative electrode current collector is cut into a rectangle of 80 cm × 108 cm except for the place where the tab is to be made, the multilayer polymer film prepared above was placed between the positive electrode and the negative electrode by 84 cm. The electrode assembly of FIG. 1 was prepared by cutting it into a size of × 112 cm.
(전기화학소자의 제조)(Manufacturing of electrochemical devices)
상기에서 제조된 전극조립체를 중첩하되, 각 전극조립체들의 중첩부에는 상기에서 제조된 다층 고분자 필름이 지그재그 형태로 위치될 수 있도록 조립하였다.The electrode assemblies prepared above were overlapped, but the multilayer polymer film prepared above was assembled in a zigzag shape on the overlapping portions of each electrode assembly.
(전지 제조)(battery manufacturing)
상기 제조된 전기화학소자를 알루미늄 라미네이트 포장재에 넣고, EC/EMC/DEC/PC in LiPF6인 전해질을 주입한 후 포장하였다.The prepared electrochemical device was put in an aluminum laminate packaging material, and an electrolyte of EC/EMC/DEC/PC in LiPF6 was injected and then packaged.
실시예 2Example 2
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of porous conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다. A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were input to the aluminum foil fabric with a thickness of 12um, and the size of the foil was checked through a scanner, and then a porous conductor was obtained by irradiating it with a laser.
(전지제조)(battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 50%, 기공 평균 직경이 600nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.A battery was prepared in the same manner as in Example 1, but as the porous conductor, an aluminum foil having a transmittance of 50%, an average pore diameter of 600 nm, and a thickness of 10 μm was used.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 방법으로 전극조립체, 전기화학소자, 전지를 제조하되, 양극집전체로서 기공이 형성되지 않은, 일반적인 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.An electrode assembly, an electrochemical device, and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, but as a positive electrode current collector, an aluminum foil having no pores and a general thickness of 10 μm was used.
비교예 2Comparative Example 2
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of porous conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다. A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were input to the aluminum foil fabric with a thickness of 12um, and the size of the foil was checked through a scanner, and then a porous conductor was obtained by irradiating it with a laser.
(전지제조)(battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 27%, 기공 평균 직경이 280nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.A battery was prepared in the same manner as in Example 1, but as the porous conductor, an aluminum foil having a transmittance of 27%, an average pore diameter of 280 nm, and a thickness of 10 μm was used.
참고예 1Reference Example 1
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of porous conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다. A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were input to the aluminum foil fabric with a thickness of 12um, and the size of the foil was checked through a scanner, and then a porous conductor was obtained by irradiating it with a laser.
(전지제조)(battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 30%, 기공 평균 직경이 390nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.A battery was prepared in the same manner as in Example 1, but as the porous conductor, an aluminum foil having a transmittance of 30%, an average pore diameter of 390 nm, and a thickness of 10 μm was used.
참고예 2Reference Example 2
(다공성 도전체의 제조)(Preparation of porous conductor)
두께 12um의 알루미늄 포일 원단에 pore size 900nm, pitch 0.8um의 값 입력하고, 스캐너를 통해 포일의 size를 확인 후 이를 레이저를 조사하여 다공성 도전체를 확보하였다. A pore size of 900nm and a pitch of 0.8um were input to the aluminum foil fabric with a thickness of 12um, and the size of the foil was checked through a scanner, and then a porous conductor was obtained by irradiating it with a laser.
(전지제조)(battery manufacturing)
실시예 1과 동일한 방법에 의하여 전지를 제조하되, 다공성 도전체로는 상기 제조된 투과도가 34%, 기공 평균 직경이 680nm, 두께 10㎛의 알루미늄 호일을 사용하였다.A battery was prepared in the same manner as in Example 1, but as the porous conductor, an aluminum foil having a transmittance of 34%, an average pore diameter of 680 nm, and a thickness of 10 μm was used.
평가evaluation
상기 실시예, 비교예 및 참고예에 의해 제조된 전지의 양극에 걸리는 저항, 수명 및 용량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The resistance, lifespan and capacity applied to the positive electrode of the batteries prepared in Examples, Comparative Examples and Reference Examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.
저항 평가방법: Resistance evaluation method :
① SOC 50%에서 OCV 측정, ① OCV measurement at SOC 50%,
② 5C pulse 10sec 방전(CCV 측정)② 5C pulse 10sec discharge (CCV measurement)
③ Rest 40sec, OCV 측정③ Rest 40sec, OCV measurement
④ 3C pulse 10sec 충전(CCV측정)④ 3C pulse 10sec charging (CCV measurement)
R방전 = I(5C current)/V(①-②)R discharge = I(5C current)/V(①-②)
R충전 = I(3C current)/V(③-④)R charge = I(3C current)/V(③-④)
수명특성 평가방법: Life characteristics evaluation method :
충전 2C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charge 2C, 4.2V (CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min,
방전 2C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 2C, 2.5V(CV), rest 10min
상기의 방식으로 충전 후 방전용량을 1회 사이클로 하여 방전용량이 80%열화되는 시점까지 사이클을 진행하였다.After charging in the above manner, the cycle was performed until the discharge capacity deteriorated by 80% by setting the discharge capacity as one cycle.
용량특성 평가방법: Capacity characteristics evaluation method :
충전 1C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charge 1C, 4.2V (CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min,
방전 1C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 1C, 2.5V(CV), rest 10min
상기와 같은 방식으로 방전하여 용량특성을 확인하였다.Discharge was performed in the same manner as above to confirm the capacity characteristics.
적층(n)multiple rows
Lamination (n)
두께㎛aluminum foil
thickness μm
(%)permeability
(%)
직경(nm)stomatal mean
Diameter (nm)
2C rate Full DOD at 1000cy)Life characteristics (%)
2C rate Full DOD at 1000cy)
상기 결과에서, 본 발명의 실시예와 같이 다공성 도전체를 전극에 도입한 경우, 저항이 현저히 감소되고, 이에 따라 수명특성, 용량특성이 우수해지는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 다공성 도전체로 형성된 집전체에 의하면, 고에너지, 고출력을 위해 다열 적층된 전극을 포함하는 이차전지의 전극 내 저항을 감소시키고, 리튬이온의 이동을 원활하게 함으로써, 이를 포함하고 있는 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.From the above results, it was confirmed that when the porous conductor was introduced into the electrode as in the example of the present invention, the resistance was significantly reduced, and thus, the life characteristics and the capacity characteristics were improved. That is, according to the current collector formed of the porous conductor of the present invention, by reducing the resistance in the electrode of the secondary battery including the multi-row stacked electrode for high energy and high output, and by facilitating the movement of lithium ions, the It can be confirmed that the effect of improving the output and lifespan of the secondary battery can be obtained.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.
Claims (13)
상기 이차전지용 전극은 다공성 도전체를 포함하는 집전체에 양극활물질 또는 음극활물질이 도포된 것이며,
상기 다공성 도전체가 갖는 기공의 평균 직경은 300nm~900nm이고,
상기 다공성 도전체는 3차원 열린 기공 또는 3차원 닫힌 기공을 포함하고, 상기 3차원 열린 기공은 기공과 기공이 서로 연결되어 리튬 이온의 투과 통로가 되는 구조이고, 상기 3차원 닫힌 기공 구조는 기공과 기공 사이가 도전체 금속으로 막힌 구조이며,
상기 다공성 도전체의 전체 기공의 부피 대비 상기 3차원 열린 기공의 부피는 40% 이상인, 이차전지.
A secondary battery comprising an electrode assembly for a secondary battery including an electrode for a secondary battery stacked in multiple rows,
The electrode for the secondary battery is one in which a positive electrode active material or a negative electrode active material is applied to a current collector including a porous conductor,
The average diameter of the pores of the porous conductor is 300nm ~ 900nm,
The porous conductor includes three-dimensional open pores or three-dimensional closed pores, wherein the three-dimensional open pores have a structure in which pores and pores are connected to each other to become a permeation passage for lithium ions, and the three-dimensional closed pore structure includes pores and pores It has a structure in which the pores are blocked with a conductive metal,
The volume of the three-dimensional open pores relative to the volume of the total pores of the porous conductor is 40% or more, a secondary battery.
상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%인, 이차전지.
According to claim 1,
The porous conductor has a transmittance of 45 to 95%, a secondary battery.
상기 다공성 도전체의 재질은 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상인, 이차전지.
According to claim 1,
The material of the porous conductor is at least one selected from aluminum foil, copper foil, nickel foil, copper mesh, and carbon mesh, a secondary battery.
상기 다공성 도전체의 두께는 4~30㎛인, 이차전지.
According to claim 1,
The thickness of the porous conductor is 4 ~ 30㎛, secondary battery.
상기 다공성 도전체는 2차원 열린 기공을 포함하고,
상기 2차원 열린 기공은 상기 다공성 도전체를 관통하여 형성되어 리튬 이온의 투과 통로가 되는 구조인, 이차전지.
According to claim 1,
The porous conductor includes two-dimensional open pores,
The two-dimensional open pores are formed through the porous conductor to form a permeation passage for lithium ions, the secondary battery.
상기 이차전지용 전극은 양극인 것인, 이차전지.
According to claim 1,
The secondary battery electrode is a positive electrode.
상기 이차전지용 전극조립체는 분리막을 더 포함하는 것인, 이차전지.
According to claim 1,
The secondary battery electrode assembly further comprises a separator.
상기 분리막은 다층 고분자 필름인, 이차전지.
10. The method of claim 9,
The separator is a multilayer polymer film, a secondary battery.
상기 양극활물질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1) 및 LiMnO2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 음극활물질은 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이금속산화물, 리튬금속질화물 및 리튬금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 이차전지.
According to claim 1,
The cathode active material is at least one selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 (0<x<1) and LiMnO 2 ,
The negative active material is at least one selected from the group consisting of a carbon-based material, Si, Sn, tin oxide, tin alloy composite, transition metal oxide, lithium metal nitride and lithium metal oxide, a secondary battery.
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