KR20170034724A - 무지 부를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집전체 상에 (i) 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부, 및 (ii) 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있는, 리튬 이차전지용 음극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극은 집전체 상에 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부 이외에도 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있으므로, 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 가스와 음극 활물질의 부피 변화를 수용하여, 이로 인한 전지 성능의 퇴화 문제를 개선할 수 있다.

Description

무지 부를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING ACTIVE MATERIAL-NON-COATED PORTION AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 무지 부를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전지의 충방전시 발생하는 가스 및 활물질의 부피 변화에 대처할 수 있는 무지 부를 포함하여, 이로 인한 전지 성능의 퇴화를 억제할 수 있는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
한편, 리튬 이차 전지의 양극을 구성하는 양극 활물질로서는 LiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiCrO2와 같은 금속 산화물이 이용되고 있으며, 음극을 구성하는 음극 활물질로서는 금속 리튬(metal lithium), 흑연(graphite) 또는 활성탄(activated carbon) 등의 탄소계 물질(carbon based meterial), 또는 산화실리콘(SiOx) 등의 물질이 사용되고 있다. 상기 음극 활물질 중에서도 초기에는 금속 리튬이 주로 사용되었으나 충전 및 방전 사이클이 진행됨에 따라 금속 리튬 표면에 리튬 원자가 성장하여 세퍼레이터를 손상시켜 전지를 파손시키는 현상이 발생하여 최근에는 탄소계 물질이 주로 사용되고 있다. 그러나, 탄소계 물질의 경우 이론 용량이 약 400 mAh/g에 불과하여 용량이 작다는 단점을 지니고 있다.
따라서, 음극 활물질로서 높은 이론 용량(4,200 mAh/g)을 가지는 실리콘(silicon, Si)을 이용하여 상기 탄소계 물질을 대체하려는 다양한 연구가 진행되어 왔다. 실리콘에 리튬이 삽입되는 경우의 반응식은 다음과 같다:
[반응식 1]
22Li + 5Si = Li22Si5
그러나, 상기 탄소계 물질 및 실리콘 등의 음극 활물질은 충전 정도에 따라 부피가 팽창하며 그 구조가 변화하며, 상기 부피 팽창에 따른 전극의 비틀림 현상 등이 발생하기도 하여 전지의 수명과 성능이 크게 저하될 수 있다는 문제점이 있고, 또한, 충방전시 가스가 발생하여 전극 접전체와 활물질 간의 접착이 불량하게 됨으로써 전지 성능에 악영향을 미친다는 문제점이 있다.
특히, 상기 실리콘의 경우는 리튬 삽입에 의하여 최대 300%까지 실리콘 부피가 팽창하며 이로 인해 음극이 파괴될 수 있으며 높은 사이클 특성을 나타내지 못한다는 단점이 있다. 또한, 실리콘의 경우, 사이클이 지속됨에 따라 상기 리튬 삽입에 의하여 부피 팽창이 일어나고, 분쇄(pulverization), 도전재(conducting agents) 및 집전체(current collector)와의 접촉 누손(contact losses), 및 불안정한 고체-전해액 인터페이스(solid-electrolyte-interphase, SEI) 형성과 같은 퇴화 거동(fading mechanism)을 나타낼 수 있다.
따라서, 음극 활물질로서 상기 흑연 또는 실리콘을 적용하고자 하는 경우, 충방전에 따른 가스 발생으로 인한 영향, 및 충전 정도에 따른 흑연 또는 실리콘의 구조 변화로 인한 부피 팽창 정도 등을 고려하여야 한다.
이에, 상기 흑연 또는 실리콘 등의 음극 활물질 사용시 발생할 수 있는 문제점인 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 가스와 음극 활물질의 부피 변화로 인한 전지 성능의 퇴화 문제를 개선할 수 있는 기술의 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 집전체 상에 형성되어 있는 무지 부를 통하여 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 가스와 음극 활물질의 부피 변화를 수용함으로써, 전지 성능의 퇴화 문제를 개선할 수 있는 리튬 이차전지용 음극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 상기 리튬 이차전지용 음극을 포함하여 전지 성능의 퇴화 문제가 개선된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
집전체 상에 (i) 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부 및 (ii) 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있는, 리튬 이차전지용 음극을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위하여,
상기 리튬 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극은 집전체 상에 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부 이외에도 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있으므로, 리튬 이차전지의 충방전시 발생하는 가스와 음극 활물질의 부피 변화를 수용하여, 이로 인한 전지 성능의 퇴화 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 및 3는 각각 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 단면도 및 정면도이다.
도 4는 다른 형태의 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 6 및 7은 각각 본 발명의 또 다른 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 8 및 9는 각각 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지에 대한 100 회의 사이클 후의 전지의 용량 유지율 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 리튬 이차전지용 음극은 집전체 상에 (i) 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부 및 (ii) 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있는 것이다.
상기 활물질 부는 통상적인 리튬 이차전지용 음극에서의 음극 활물질을 포함하는 활물질 층에 대응하는 것이다.
본 발명의 리튬 이차전지용 음극은 상기 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부에 의하여 상기 활물질 층이 나뉘게 되며, 이로써 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부 및 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부로 구분되게 된다.
상기 무지 부는 활물질 층이 형성되어 있지 않아 상기 집전체가 상기 무지 부를 통하여 외부로 노출되어 있는 부분일 수 있다. 즉, 상기 무지 부는 활물질 층(활물질 부) 사이에 존재하는 빈 공간에 해당하므로, 상기 활물질 층에서 발생하는 가스가 포집되어 이동하는 통로로서의 역할을 수행할 수 있고, 또한 상기 활물질 층의 부피 변화를 흡수할 수 있는 버퍼로서의 역할을 수행할 수 있으므로, 상기 가스 및 상기 활물질 층의 부피 변화로 인한 전지 성능의 퇴화 문제를 개선할 수 있다.
상기 무지 부에 의해 상기 활물질 층은 상기 무지 부를 경계로 2 이상으로 나뉘게 되며, 이로써 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 2개 이상의 활물질 부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리튬 이차전지용 음극은 1개 이상의 상기 무지 부를 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 리튬 이차전지용 음극은 2개 이상의 무지 부를 포함할 수 있다. 상기 무지 부에 의하여 상기 활물질 층이 나뉘게 되므로, 상기 무지 부가 2개 이상 포함될 경우, 상기 활물질 부는 3개 이상 포함될 수 있다.
상기 무지 부는 2개 이상의 활물질 부와 인접하고 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 무지 부는 전술한 바와 같이 상기 활물질 층을 나누게 되므로, 나누어진 상기 활물질 층이 양 옆에 위치하게 되어 2개 이상의 활물질 부와 인접하고 있는 형태가 된다. 따라서, 상기 무지 부가 1개의 활물질 부만이 인접하고 있는 형태, 즉 집전체의 테두리 상에 상기 무지 부가 위치함으로써 상기 무지 부의 일 측에만 상기 활물질 부가 위치하는 형태는 포함되지 않는다. 이와 같이, 상기 집전체의 테두리 상에 상기 무지 부가 위치하는 경우는, 상기 활물질 부가 상기 집전체의 테두리 상에 위치하여 상기 활물질 부의 측면이 외부에 노출되는 경우와 특별한 차이가 없으므로, 상기 무지 부의 형성으로 인한 추가적인 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 상기 무지 부는 전술한 바와 같이 상기 활물질 층을 나누게 되므로, 상기 활물질 부는 하나 이상의 무지 부와 인접하고 있을 수 있다.
상기 무지 부는 폭이 좁고, 길이가 긴 띠와 같은 형상을 가질 수 있고, 그 형상은 특별히 제한되지 않지만, 상기 무지 부는 상기 집전체의 면을 위에서 수직하여 내려다 볼 때, 직선, 곡선, 및 웨이브 곡선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함할 수 있다.
특히, 상기 무지 부는 웨이브 곡선으로 이루어지는 형상을 포함할 수 있으며, 상기 무지 부가 웨이브 곡선으로 이루어진 형상을 포함할 경우, 상기 무지 부와 인접하는 활물질 부와의 접촉 면을 넓힐 수 있으므로, 상기 활물질 층에서 발생하는 가스 또는 상기 활물질 층의 부피 변화를 더욱 효과적으로 받아들일 수 있다.
한편, 상기 무지 부는 2개 이상이 서로 교차할 수 있으며, 따라서 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 상기 무지 부가 2개 이상이 서로 교차하는 교차점을 하나 이상 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 집전체 상에 형성되어 있는 상기 활물질 부는 위치에 관계 없이 2 이상의 무지 부와 인접할 수 있다.
또한, 상기 무지 부는 하나의 무지 부를 여러 개의 무지 부가 가로지를 수 있으며, 따라서 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 하나의 무지 부에 대해, 2개 이상의 무지 부가 서로 다른 위치에서 각각 교차하는 교차점들을 2 이상 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 교차점에 인접하여 위치하는, 즉 기준이 되는 상기 하나의 무지 부와 이를 교차하는 상기 2개 이상의 무지 부가 둘러싸고 있는 활물질 부는, 상기 하나의 무지 부와 이를 교차하는 상기 2개 이상의 무지 부, 즉 3 이상의 무지 부와 인접하고 있을 수 있다. 이러한 형태의 활물질 부는 상기 기준이되는 하나의 무지 부를 중심으로 대칭적으로 추가로 존재할 수 있으므로, 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 3 이상의 무지 부와 인접하고 있는 활물질 부를 2 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 집전체 상에, 상기 하나의 무지 부에 대해, 2개 이상의 무지 부가 서로 다른 위치에서 각각 교차하는 형태가 2 이상 나란히 존재할 경우, 교차의 기준이 되는 각각의 무지 부 2개와, 이들을 각각 교차하는 2개 이상의 무지 부가 하나의 활물질 부를 둘러쌀 수 있으며, 따라서 본 발명의 일례에 있어서 상기 리튬 이차전지용 음극은 4 이상의 무지 부와 인접하고 있는 활물질 부를 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 집전체 상에 형성된 상기 활물질 부의 두께는 통상적인 활물질 층의 두께 범위일 수 있지만, 구체적으로 0.01 내지 0.2 mm, 더욱 구체적으로 0.05 내지 0.1 mm인 것이, 더욱 효과적으로 상기 활물질 층에서 발생하는 가스를 상기 무지 부로 배출할 수 있고, 또한 상기 활물질 층의 부피 변화를 상기 무지 부가 받아들일 수 있다.
상기 활물질 부는 3 내지 200 mm의 폭을 가질 수 있고, 구체적으로 5 내지 50 mm의 폭을 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로 10 내지 30 mm의 폭을 가질 수 있다. 이때, 상기 활물질 부의 폭은 상기 전극의 길이 방향과 나란한 방향의 너비를 나타내는 것으로, 즉 상기 활물질 부를 상기 전극에 위치시킬 때, 상기 활물질 부의 폭을 상기 전극의 길이 방향에 따라 측정한 값을 나타낸다.
상기 무지 부는 0.1 내지 5 mm의 폭을 가질 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 3 mm의 폭을 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로 1 내지 2 mm의 폭을 가질 수 있다.
이때, 상기 무지 부의 폭은 상기 무지 부의 길이 방향과 수직하는 방향의 너비를 나타내는 것으로, 즉 폭이 좁고, 길이가 긴 띠와 같은 형상을 가질 수 있는 상기 무지 부의 상기 길이 방향과 수직하는 방향인 폭의 길이를 측정한 값을 나타낸다.
상기 활물질 부의 폭과 상기 무지 부의 폭은 2:1 내지 50:1의 비를 가질 수 있고, 구체적으로 2.5:1 내지 20:1의 비를 가질 수 있다.
상기 활물질 부의 폭과 상기 무지 부의 폭이 2:1 이상일 경우, 상기 활물질로부터 발생하는 가스 및 상기 활물질의 부피 변화를 상기 무지 부가 원활히 받아들일 수 있으면서도, 상기 무지 부의 비율이 지나치게 커지게 되어 전체 전지의 용량이 줄어들지 않을 수 있으며, 상기 활물질 부의 폭과 상기 무지 부의 폭이 50:1 이하일 경우, 상기 활물질로부터 발생하는 가스 및 상기 활물질의 부피 변화를 상기 무지 부가 원활히 받아들일 수 있다.
상기 활물질 부와 상기 무지 부의 비율은 면적비에 의해서도 나타낼 수 있으며, 본 발명의 일례에 있어서, 상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 1.4:1 내지 40:1일 수 있고, 구체적으로 1.6:1 내지 30:1일 수 있으며, 더욱 구체적으로 3.5:1 내지 15:1일 수 있다.
상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비가 1.4:1 이상일 경우, 상기 활물질로부터 발생하는 가스 및 상기 활물질의 부피 변화를 상기 무지 부가 원활히 받아들일 수 있으면서도, 상기 무지 부의 비율이 지나치게 커지게 되어 전체 전지의 용량이 줄어들지 않을 수 있으며, 상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비가 40:1 이하일 경우, 상기 활물질로부터 발생하는 가스 및 상기 활물질의 부피 변화를 상기 무지 부가 적절히 받아들일 수 있다.
상기 리튬 이차전지용 음극이 포함할 수 있는 활물질, 즉 음극 활물질로서는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 실리콘계 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소를 들 수 있다. 상기 실리콘계로는 실리콘, 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2), Si-금속합금, 및 Si와 실리콘 산화물 입자(SiOx, 0<x≤2)의 합금을 들 수 있다.
상기 활물질 층이 활물질로서 탄소재 활물질을 포함할 경우, 특히 탄소재로서 흑연계 활물질을 포함할 경우에는 충방전시 상대적으로 부피 변화가 작고, 가스 발생이 적은 편이므로, 상기 무지 부의 면적을 상대적으로 작게 할 수 있으며, 예컨대 상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 3.5:1 내지 40:1일 수 있고, 구체적으로 3.5:1 내지 30:1일 수 있으며, 더욱 구체적으로 7:1 내지 30:1일 수 있다.
상기 활물질 층이 활물질로서 실리콘계 활물질을 포함할 경우에는 충방전시 상대적으로 부피 변화가 크고, 가스 발생이 많은 편이므로, 상기 무지 부의 면적을 상대적으로 크게 할 필요가 있으며, 예컨대 상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 1.4:1 내지 30:1일 수 있고, 구체적으로 1.5:1 내지 17:1일 수 있으며, 더욱 구체적으로 1.6:1 내지 15:1일 수 있다
상기 활물질 층이 활물질로서 실리콘계 활물질을 포함할 경우에는, 실리콘계 활물질이 충방전시 상대적으로 부피 변화가 크고, 가스 발생이 많다는 점을 감안하여, 상기 무지 부가 상기 부피 변화 및 가스를 효과적으로 받아들일 수 있도록, 상기 리튬 이차전지용 음극을 상기 무지 부가 2개 이상이 서로 교차하는 교차점을 하나 이상을 포함하도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 무지 부가 웨이브 곡선으로 이루어지는 형상을 포함하도록 구성할 수도 있다.
상기 리튬 이차전지용 음극은 스택(stack)형 또는 스택 앤 폴딩(stack and folding)형 리튬 이차전지용 음극일 수 있다.
상기 스택형 리튬 이차전지는 음극, 세퍼레이터, 양극을 수직으로 적층하는 방식으로 제조되는 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있고, 상기 스택 앤 폴딩형 리튬 이차전지는 일정한 단위 크기의 양극/세퍼레이터/음극 구조의 풀 셀(full cell) 또는 양극(음극)/세퍼레이터/음극(양극)/세퍼레이터/양극(음극) 구조의 바이 셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 말거나 접어서 제조되는 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 스택형 또는 스택 앤 폴딩형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극 및 양극은 각각 집전체 상에 활물질 층이 형성되어 있고, 상기 집전체의 면적은 상기 활물질 층의 면적을 기준으로 100 내지 200 %, 구체적으로 100 내지 110 %일 수 있다. 이때, 상기 음극의 경우는 상기 활물질 부 및 상기 무지 부의 면적을 합한 면적이 상기 활물질 층의 면적에 해당한다.
이하, 본 발명의 리튬 이차전지용 음극을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 해당 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 도면에서, 각 구성 요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
도 1에는 종래의 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 리튬 이차전지용 음극은 집전체(10) 상에 활물질 층(20)이 형성되어 있는 형태로 이루어져 있다.
이에 비해, 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 상기 활물질 층 이외에 무지 부를 포함하고 있다. 도 2 및 3에 각각 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 단면도 및 정면도를 나타내었다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극은 집전체(100) 상에 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부(200), 및 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부(300)가 형성되어 있는 것이다.
무지 부(300)는 활물질 층이 형성되어 있지 않은 부분이므로, 집전체(100)가 무지 부(300)를 통하여 외부로 노출될 수 있다. 무지 부(300)는 활물질 부(200) 사이에 존재하는 빈 공간으로, 활물질 부(200)의 활물질 층에서 발생하는 가스가 포집되어 이동하는 통로로서의 역할을 수행할 수 있고, 또한 상기 활물질 층의 부피 변화를 흡수할 수 있는 버퍼로서의 역할을 수행할 수 있다.
도 2 및 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 하나의 무지 부(300)에 의해 활물질 층은 2 이상으로 나뉘게 되며, 이에 따라 활물질 부(200)는 2개 이상 포함될 수 있다. 또한, 무지 부(300)가 2개 이상 포함될 경우, 무지 부(300)에 의하여 상기 활물질 층이 나뉘게 되므로, 활물질 부(200)는 3개 이상 포함될 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 무지 부(300)는 나누어진 활물질 층이 양 옆에 위치하게 되어 2개 이상의 활물질 부(200)와 인접하고 있는 형태가 된다. 또한, 무지 부(300)는 활물질 층을 나누게 되므로, 활물질 부(200)는 하나 이상의 무지 부(300)와 인접하고 있을 수 있다.
도 4에는 또 다른 형태의 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도가 나타나 있다. 도 4를 참조하여 설명하면, 무지 부(300)는 활물질 층을 무지 부(300)를 경계로 2 이상으로 나누는 것이므로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 무지 부(300)에 1개의 활물질 부(200)만이 인접하고 있는 형태, 즉 집전체(100)의 테두리 상에 무지 부(300)가 위치함으로써 무지 부(300)의 일 측에만 활물질 부(200)가 위치하는 형태는 본 발명의 일례에 포함되지 않는다.
다시 도 3을 참조하면, 무지 부(300)는 폭이 좁고, 길이가 긴 띠와 같은 형상을 가지고 있다. 무지 부(300)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 전극, 즉 집전체의 면을 위에서 수직하여 내려다 볼 때, 직선, 곡선, 및 웨이브 곡선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 무지 부(300)는 웨이브 곡선으로 이루어지는 형상을 포함하고 있고, 이와 같이 무지 부(300)가 웨이브 곡선으로 이루어진 형상을 포함할 경우, 무지 부(300)와 인접하는 활물질 부(200)와의 접촉 면을 넓힐 수 있으므로, 활물질 층에서 발생하는 가스 또는 활물질 층의 부피 변화를 더욱 효과적으로 받아들일 수 있다.
도 6 및 7에는 본 발명의 또 다른 일례에 따른 리튬 이차전지용 음극을 모식적으로 나타낸 정면도가 각각 도시되어 있다.
도 6을 참조하면 무지 부(310, 321, 322)는 2개 이상이 서로 교차할 수 있고, 무지 부(310, 321, 322) 2개 이상이 서로 교차하는 교차점(331, 332)을 하나 이상 포함할 수 있다. 이 경우, 집전체 상에 형성되어 있는 활물질 부(200)는 위치에 관계 없이 2 이상의 무지 부(310, 321, 322)와 인접하게 된다.
또한, 무지 부는 하나의 무지 부(310)를 여러 개의 무지 부(321, 322)가 가로지를 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 하나의 무지 부(310)를 2개 이상의 무지 부(321, 322)가 서로 다른 위치에서 각각 가로지를 경우, 무지 부들이 교차하는 2개의 교차점들(331, 332)을 포함하게 된다. 이 경우, 교차점들(331, 332)에 인접하여 위치하는, 즉 기준이 되는 무지 부(310)와 이를 교차하는 2개의 무지 부들(321, 322)이 둘러싸고 있는 활물질 부(201)는, 하나의 무지 부(310)와 이를 교차하는 2개의 무지 부(321, 322), 즉 3개의 무지 부(310, 321, 322)와 인접하게 된다. 또한, 기준이 되는 무지 부(310)를 중심으로 이러한 형태의 활물질 부(202)가 대칭적으로 추가로 존재한다. 따라서, 3 이상의 무지 부와 인접하고 있는 활물질 부(201, 202)는 2 이상 포함될 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 집전체 상에, 하나의 무지 부(311, 312)에 대해, 3개의 무지 부(321, 322, 323)가 서로 다른 위치에서 각각 교차하는 형태 2개가 나란히 존재할 경우, 교차의 기준이 되는 각각의 무지 부(311, 312) 2개와, 이들을 각각 교차하는 3개의 무지 부(321, 322, 323)가 하나의 활물질 부(202)를 둘러쌀 수 있으며, 이때 이러한 활물질 부(203)는 4개의 무지 부(311, 312, 322, 323)와 인접하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 것일 수 있고, 상기 리튬 이차전지는 스택(stack)형 또는 스택 앤 폴딩(stack and folding)형 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 스택형 리튬 이차전지는 음극, 세퍼레이터, 양극을 수직으로 적층하는 방식으로 제조되는 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있고, 상기 스택 앤 폴딩형 리튬 이차전지는 일정한 단위 크기의 양극/세퍼레이터/음극 구조의 풀 셀(full cell) 또는 양극(음극)/세퍼레이터/음극(양극)/세퍼레이터/양극(음극) 구조의 바이 셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 말거나 접어서 제조되는 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.
상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로서, 상기 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용 가능하며, 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 양극 활물질은, 예컨대 리튬 코발트 산화물[LixCoO2(0.5<x<1.3)], 리튬 니켈 산화물[LixNiO2(0.5<x<1.3)] 등의 층상 화합물 또는 추가적인 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, 또는 [LixMnO2(0.5<x<1.3)] 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, 또는 Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2(여기서, M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x=0.01 내지 0.3임)로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(여기서, M= Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등일 수 있다.
상기 양극을 형성하기 위한 용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.
상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산(poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 20 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 사용할 수 있다.
상기 음극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 예컨대 상기 음극 활물질 및 바인더 및 도전재 등의 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 이를 음극 집전체에 도포하고 건조한 후 압축하여 제조할 수 있다.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 결착시켜 성형체를 유지하기 위하여 사용될 수 있으며, 음극 활물질용 슬러리 제조 시 사용되는 통상적인 바인더라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 비수계 바인더인 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있고, 또한 수계 바인더인 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 수계 바인더는 비수계 바인더에 비해 경제적, 친환경적이고, 작업자의 건강에도 무해하며, 비수계 바인더에 비하여 결착 효과가 우수하므로, 동일 체적당 활물질의 비율을 높일 수 있어 고용량화가 가능하며, 수계 바인더로는 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무가 사용될 수 있다.
상기 바인더는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량 중에 10 중량% 이하로 포함될 수 있으며, 구체적으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 0.1 중량% 미만이면 바인더 사용에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 10 중량%를 초과하면 바인더 함량 증가에 따른 활물질의 상대적인 함량 감소로 인해 체적당 용량이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 도전재의 예로서는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다. 상기 도전재는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 9 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극에 사용되는 음극 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 구리, 금, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예컨대 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예컨대 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 전해질로서 포함될 수 있는 리튬염은 리튬 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예컨대 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.
본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 리튬 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1 내지 12 : 리튬 이차전지용 음극의 제조
음극 활물질로서 천연 흑연 96 중량%, Denka black(도전제) 1 중량% 및 SBR(결합제) 2 중량%, 및 CMC(증점제) 1 중량%를 물에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다.
구리 집전체의 일면에 상기 제조된 음극 혼합물 슬러리를 100 ㎛의 두께로 코팅하되, 우선 상기 집전체 상에 무지 부를 형성하고자 하는 영역에 마스킹 테이프(2210A, 3M사제)를 붙인 후, 상기 슬러리를 코팅하였으며, 이를 건조한 후, 상기 마스킹 테이프를 제거하여 무지부를 형성한 다음, 압연하여 두께 70 ㎛의 활물질 부를 형성하고, 이를 일정 크기로 펀칭하여 음극을 제조하였다.
이때, 상기 활물질 부의 폭 및 무지 부의 폭은 아래 표 1과 같이 하였으며, 그 형태를 도 8(실시예 1 내지 6), 및 도 9(실시예 7 내지 12)에 나타내었다. 한편, 실시예 1 내지 6의 경우에는 집전체의 폭을 100 mm로 고정하였다.
음극 활물질 부의 폭
X (mm)		 무지 부의 폭
Y (mm)		 활물질 부와 무지 부의 면적비 전지
실시예 1 5 1 7.5:1 실시예 13
실시예 2 10 1 15:1 실시예 14
실시예 3 20 1 30:1 실시예 15
실시예 4 5 2 3.75:1 실시예 16
실시예 5 10 2 7.5:1 실시예 17
실시예 6 20 2 15:1 실시예 18
실시예 7 5 1 3.52:1 실시예 19
실시예 8 10 1 7.26:1 실시예 20
실시예 9 20 1 14.75:1 실시예 21
실시예 10 5 2 1.65:1 실시예 22
실시예 11 10 2 3.52:1 실시예 23
실시예 12 20 2 7.26:1 실시예 24
실시예 13 내지 24 : 리튬 이차전지의 제조
양극활물질로 Li(Li0.2Co0.1Ni0.1Mn0.6)O2 94 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 3 중량%, 결합제로 PVdF 3 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20 ㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 12에서 제조된 각각의 음극과 상기 제조된 양극 사이에 두께 17 ㎛의 폴리에틸렌제의 다공막을 개재시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 30:70의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF6가 용해된 전해질을 주입하여 코인형 반쪽전지를 각각 제조하였다.
실험예 1 : 사이클 특성 평가 실험
실시예 12 내지 24에서 각각 얻은 코인형 반쪽전지에 대하여 사이클 특성을 확인하기 위해 다음과 같이 전기화학 평가 실험을 수행하였다.
구체적으로, 실시예 12 내지 24에서 각각 얻은 코인형 반쪽전지를 25 ℃에서 0.8 C의 정전류(CC)로 4.25 V가 될 때까지 충전하고, 이후 정전압(CV)으로 충전하여 충전전류가 0.005 C(cut-off current)이 될 때까지 1회째의 충전을 행하였다. 이후 20분간 방치한 다음 0.8 C의 정전류(CC)로 2.5 V가 될 때까지 방전하였다. 이를 1 내지 100 회의 사이클로 반복 실시하였다. 100 회의 사이클 후의 전지의 용량 유지율 측정 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10을 참조하면, 무지 부에 비해 활물질 부의 폭이 넓어질수록 전지의 100 사이클 후 용량 유지율은 낮아짐을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 실시예 12 내지 14의 결과를 살펴보면, 실시예 12 내지 14는 동일한 무지 부의 폭을 가지는 음극을 사용하였지만, 활물질 부의 폭이 커짐에 따라 전지의 100 사이클 후 용량 유지율은 점차 낮아짐을 알 수 있다.
한편, 무지 부가 서로 교차하는 형태의 전극의 경우, 보다 전극 유지율이 높았다. 구체적으로, 실시예 4의 음극(활물질 부와 무지 부의 면적비 3.75:1)은 실시예 8의 음극(활물질 부와 무지 부의 면적비 7.26:1)에 비해 활물질 부의 면적에 대한 무지 부의 면적 비율이 높았지만, 실시예 4의 음극을 사용한 실시예 16의 전지는 실시예 8의 음극을 사용한 실시예 20의 전지에 비해 100 사이클 후 용량 유지율이 낮았다.
이를 통해, 무지 부의 폭이 넓어져 활물질 부의 면적에 대한 무지 부의 면적이 넓어질수록 전지의 100 사이클 후 용량 유지율은 높아지고, 무지 부가 서로 교차하는 형태를 가져서 활물질 부에 인접하는 무지 부가 많은 경우가 더욱 전지의 100 사이클 후 용량 유지율이 높아짐을 확인할 수 있었다.
10: 집전체 20: 활물질 층
100: 집전체
200, 201, 202, 203: 활물질 부
300, 310, 311, 312, 321, 322, 323: 무지 부
X: 활물질 부의 폭
Y: 무지 부의 폭

Claims (27)

  1. 집전체 상에 (i) 활물질 층이 형성되어 있는 활물질 부, 및 (ii) 활물질 층이 형성되어 있지 않은 무지 부가 형성되어 있는, 리튬 이차전지용 음극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 활물질 층이 형성되어 있지 않아 상기 집전체가 상기 무지 부를 통하여 외부로 노출되어 있는 부분인, 리튬 이차전지용 음극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 상기 활물질 층을 상기 무지 부를 경계로 2 이상으로 나누는 것인, 리튬 이차전지용 음극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극은 2개 이상의 활물질 부를 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극은 2개 이상의 무지 부를 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 2개 이상의 활물질 부와 인접하고 있는, 리튬 이차전지용 음극.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 부는 하나 이상의 무지 부와 인접하고 있는, 리튬 이차전지용 음극.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 직선, 곡선, 및 웨이브 곡선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 웨이브 곡선으로 이루어지는 형상을 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극이 상기 무지 부가 2개 이상이 서로 교차하는 교차점을 하나 이상 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 활물질 부는 2 이상의 무지 부와 인접하고 있는, 리튬 이차전지용 음극.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극이, 하나의 무지 부에 대해, 2개 이상의 무지 부가 서로 다른 위치에서 각각 교차하는 교차점들을 2 이상 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극은 3 이상의 무지 부와 인접하고 있는 활물질 부를 2 이상 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극은 4 이상의 무지 부와 인접하고 있는 활물질 부를 하나 이상 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 부의 두께는 0.01 내지 0.2 mm인, 리튬 이차전지용 음극.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 부는 3 내지 200 mm의 폭을 가지고,
    이때 상기 활물질 부의 폭은 상기 음극의 길이 방향과 나란한 방향의 너비를 나타내는, 리튬 이차전지용 음극.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 무지 부는 0.1 내지 5 mm의 폭을 가지고,
    이때, 상기 무지 부의 폭은 상기 무지 부의 길이 방향과 수직하는 방향의 너비를 나타내는, 리튬 이차전지용 음극.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 부의 폭과 상기 무지 부의 폭은 2:1 내지 50:1의 비를 가지고,
    이때, 상기 활물질 부의 폭은 상기 음극의 길이 방향과 나란한 방향의 너비를 나타내고, 상기 무지 부의 폭은 상기 무지 부의 길이 방향과 수직하는 방향의 너비를 나타내는, 리튬 이차전지용 음극.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 1.4:1 내지 40:1인, 리튬 이차전지용 음극.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질은 탄소재, 리튬 금속, 실리콘 또는 주석인, 리튬 이차전지용 음극.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 층이 활물질로서 탄소재 활물질을 포함하고,
    상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 3.5:1 내지 40:1인, 리튬 이차전지용 음극.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질 층이 활물질로서 실리콘계 활물질을 포함하고,
    이때, 상기 활물질 부와 상기 무지 부의 면적 비는 1.4:1 내지 30:1인, 리튬 이차전지용 음극.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극이 상기 무지 부가 2개 이상이 서로 교차하는 교차점을 하나 이상 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 무지 부는 웨이브 곡선으로 이루어지는 형상을 포함하는, 리튬 이차전지용 음극.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지용 음극은 스택(stack)형 또는 스택 앤 폴딩(stack and folding)형 리튬 이차전지용 음극인, 리튬 이차전지용 음극.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지용 음극을 포함하는 리튬 이차전지.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지는 스택(stack)형 또는 스택 앤 폴딩(stack and folding)형 전지인, 리튬 이차전지.
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