KR20190029187A - 파쇄강도가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

파쇄강도가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다. 구체적으로 상기 전극 활물질은 제1 활물질 및 제2 활물질을 포함하고, 상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 파쇄강도가 높으며, 상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 입자 크기가 큰 것을 특징으로 한다.

Description

파쇄강도가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{AN ELECTRODE COMPOSITION COMPRISING AT LEAST TWO ELECTRODE ACTIVE MATERIALS HAVING DIFFERENT CRUSHING STRENGTH FROM EACH OTHER AND A LITHIUM SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}
본 발명은 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
오늘날 이차전지는 자동차, 전력저장시스템 등의 대형기기에서부터 휴대폰, 캠코더, 노트북 등의 소형기기까지 널리 사용되고 있다.
이차전지의 적용 분야가 넓어짐에 따라 전지의 안전성 향상 및 고성능화에 대한 요구가 높아지고 있다.
이차전지 중 하나인 리튬 이차전지는 니켈-망간 전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 단위면적당 용량이 크다는 장점이 있다.
그러나 종래의 리튬 이차전지에 사용되는 전해질은 대부분 유기 용매 등의 액체전해질이었다. 따라서 전해질의 누액 및 이에 따른 화재의 위험성 등의 안전성 문제가 끊임없이 제기되었다.
이에 따라 최근에는 안전성을 높이기 위해 전해질로 액체전해질이 아니라 고체전해질을 이용하는 전고체 전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
액체전해질을 사용하는 리튬 이차전지는 전극에 상기 액체전해질이 함침되어 있으므로 전극 내부에서의 이온 전도 경로(path)를 확보하는데 큰 어려움이 없다. 반면에 전고체 전지의 경우 전극 내에 이온 전도 경로를 형성하려면 전극 자체에 고체전해질을 첨가해야 한다. 즉, 활물질 입자 간의 공극에 고체전해질을 위치시켜 전극 내에서 이온이 원활하게 이동할 수 있게 한다.
이 때, 전극을 구성하는 활물질 입자 간의 공극이 크면 상기 공극을 고체전해질로 채워야 하므로 전극에 과량의 고체전해질을 첨가할 수 밖에 없고, 이에 따라 전고체 전지의 부피당·질량당 에너지 밀도가 현저히 감소한다.
한국등록특허 제10-1558044호 한국공개특허 제10-2014-0018685호
본 발명의 목적은 부피당·질량당 에너지 밀도가 높은 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 활물질과 고체전해질의 접촉 면적이 넓어 출력이 향상된 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물은 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함한다.
상기 전극 활물질은 탄소계 활물질, 산화물계 활물질, 금속계 활물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
상기 전극 활물질은 제1 활물질 및 제2 활물질을 포함하고, 상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 파쇄강도가 높으며, 상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 입자 크기가 큰 것일 수 있다.
상기 제1 활물질은 파쇄강도가 40㎫ 내지 1,000㎫인 것일 수 있다.
상기 제2 활물질은 파쇄강도가 0.1㎫ 내지 10㎫인 것일 수 있다.
상기 제1 활물질은 입자 크기가 10㎛ 내지 20㎛인 것일 수 있다.
상기 제2 활물질은 입자 크기가 1㎛ 내지 5㎛인 것일 수 있다.
상기 제1 활물질의 입자 크기가 상기 제2 활물질의 입자 크기에 비해 2배 내지 20배일 수 있다.
상기 전극 활물질은 제1 활물질 70중량% 내지 90중량% 및 제2 활물질 10중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다.
상기 전극 활물질은 제1 활물질 및 제2 활물질을 7:1 ~ 5:1의 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조성물은 상기 제1 활물질 및 제2 활물질에 더해 탄소계 활물질, 산화물계 활물질, 금속계 활물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제3 활물질을 더 포함한다.
상기 제3 활물질은 제1 활물질에 비해 파쇄강도가 낮고, 제2 활물질에 비해 파쇄강도가 높으며, 상기 제3 활물질은 제1 활물질에 비해 입자 크기가 작고, 제2 활물질에 비해 입자 크기가 큰 것일 수 있다.
상기 제3 활물질은 파쇄강도가 10㎫ 초과 및 40㎫ 미만인 것일 수 있다.
상기 제3 활물질은 입자 크기가 5㎛ 초과 및 10㎛ 미만인 것일 수 있다.
상기 전극 활물질은 제1 활물질 60중량% 내지 90중량%, 제2 활물질 10중량% 내지 20중량% 및 제3 활물질 10중량% 내지 20중량%를 포함할 수 있다.
상기 전극 조성물은 고체전해질, 도전재 및 바인더를 더 포함한다.
상기 고체전해질은 전극 활물질의 표면에 코팅된 것일 수 있다.
상기 고체전해질은 상기 전극 활물질의 표면에 0.2㎚ 내지 30㎚의 두께로 코팅된 것일 수 있다.
상기 전극 조성물은 전극 활물질을 80중량% 내지 90중량%로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 전극은 상기 전극 조성물을 포함한다.
상기 전극은 상기 제2 활물질이 상기 제1 활물질 입자 간의 공간을 메워 치밀한 구조를 갖고, 공극률(porosity)이 5% 미만인 것일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 상기 전극을 음극으로 포함할 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 전고체 전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물을 사용하여 전극을 형성하면 전고체 전지의 부피당·질량당 에너지 밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물을 사용하여 전극을 형성하면 활물질과 고체전해질의 접촉 면적을 넓힐 수 있어 전고체 전지의 출력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조성물의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 활물질의 표면에 코팅된 고체전해질을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 활물질의 표면에 코팅된 고체전해질을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 활물질의 표면에 코팅된 고체전해질을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 상기 전극 조성물을 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물을 간략히 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조성물은 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질(10)을 포함한다.
상기 전극 활물질(10)은 탄소계 활물질, 산화물계 활물질, 금속계 활물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
상기 탄소계 활물질은 탄소를 함유하고 있으면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 천연흑연, 인조흑연, 그라파이트, 하드카본, 소프트카본 등일 수 있다.
상기 산화물계 활물질은 예를 들면 Cu2O, Y2O5, Co3O4, MnOx, SnOx, Fe3O4, Li4Ti5O12, SiO 등일 수 있다.
상기 금속계 활물질은 게르마늄(Ge), 인듐(In), 알루미늄(Al), 규소(Si), 주석(Sn), 리튬(Li), 황(S) 등의 금속 원소 또는 그를 함유하는 화합물일 수 있다.
상기 전극 활물질(10)은 제1 활물질(11) 및 제2 활물질(12)을 포함하고, 상기 제1 활물질(11)은 제2 활물질(12)에 비해 파쇄강도가 높으며, 입자 크기가 큰 것을 특징으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 크기가 큰 제1 활물질(11) 입자 간의 공간을 크기가 작은 제2 활물질(12)이 메우기 때문에 상기 전극 조성물로 전극을 형성하는 경우 전극 내의 공극률을 굉장히 줄일 수 있다. 따라서 전극 내의 이온 전도 경로를 확보하기 위한 고체전해질(20)의 투입량을 줄일 수 있고, 보다 치밀한(dense) 고밀도의 전극을 형성할 수 있는바 전지의 부피당·질량당 에너지 밀도를 굉장히 높일 수 있다.
또한 상기 전극 조성물을 기재에 도포 및 건조한 뒤, 가압하여 전극을 형성함에 있어서, 파쇄강도가 높은 제1 활물질(11) 사이에 파쇄강도가 낮은 제2 활물질(12)이 위치하기 때문에 상기 제1 활물질(11) 간, 상기 제1 활물질(11)과 제2 활물질(12) 간, 상기 제2 활물질(12) 간의 접촉 면적이 증가하므로 전지 출력의 향상에 큰 도움이 된다.
상기 제1 활물질(11)은 파쇄강도가 40㎫ 이상인 것일 수 있다. 상기 제1 활물질(11)의 파쇄강도가 40㎫ 미만이면 전극을 형성하기 위한 가압 성형시 그 형상을 유지할 수 없어 제1 활물질(11) 입자 간의 공극을 제2 활물질(12)이 채우고 있는 전극의 구조를 형성하지 못할 수 있다. 상기 제1 활물질(11)의 파쇄강도의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 1,000㎫일 수 있다.
상기 제2 활물질(12)은 파쇄강도가 10㎫ 이하인 것일 수 있다. 상기 제2 활물질(12)의 파쇄강도가 10㎫을 초과하면 전극을 형성하기 위한 가압 성형시 압축되지 않아 고밀도의 전극을 구현하지 못할 수 있다. 상기 제2 활물질(12)의 파쇄강도의 하한은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 0.1㎫일 수 있다.
상기 제1 활물질(11)은 입자 크기가 10㎛ 내지 20㎛인 것일 수 있다. 상기 제1 활물질(11)의 입자 크기가 10㎛ 미만이면 제2 활물질(12)과 조합되어 공극율 감소가 어려우며, 20㎛를 초과하면 부피 밀도가 증가하여 전극 에너지 밀도가 감소할 수 있다.
상기 제2 활물질(12)은 입자 크기가 1㎛ 내지 5㎛인 것일 수 있다. 상기 제2 활물질(12)의 입자 크기가 1㎛ 미만이면 그 크기가 너무 작아 다루기 어려울 수 있고, 5㎛를 초과하면 그 크기가 상기 제1 활물질(11) 입자 간의 공극보다 커져서 고밀도의 전극을 구현하지 못할 수 있다.
구체적으로 상기 제1 활물질(11)의 입자 크기가 상기 제2 활물질(12)의 입자 크기에 2배 내지 20배인 것이 고밀도의 전극을 구현하는데 바람직할 수 있다.
상기 전극 활물질은 상기 제1 활물질(11) 70중량% 내지 90중량% 및 상기 제2 활물질(12) 10중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다.
상기 제1 활물질(11) 및 제2 활물질(12)의 함량이 위와 같은 수치 범위에 속해야 제2 활물질(12)과 조합되지 않아 공극율을 감소시킬 수 있다.
구체적으로 상기 전극 활물질은 제1 활물질(11) 및 제2 활물질(12)을 7:1 ~ 5:1의 중량비로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조성물을 간략히 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조성물은 전술한 제1 활물질(11), 제2 활물질(12)에 더해 제3 활물질(13)을 더 포함한다.
상기 제3 활물질(13)은 상기 제1 활물질(11)에 비해 파쇄강도가 낮고, 입자 크기가 작은 반면에, 상기 제2 활물질(12)에 비해 파쇄강도가 높고, 입자 크기가 큰 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 제3 활물질(13)은 파쇄강도가 10㎫ 초과 및 40㎫ 미만인 것일 수 있고, 입자 크기가 5㎛ 초과 및 10㎛ 미만인 것일 수 있다.
상기 제1 활물질(11)과 제2 활물질(12)의 중간 정도의 물성을 갖는 제3 활물질(13)을 더 포함함으로써, 전극 활물질 간의 접촉 면적을 더 많이 넓힐 수 있고 보다 치밀한 고밀도의 전극을 구현할 수 있다.
상기 전극 활물질은 제1 활물질(11) 60중량% 내지 90중량%, 제2 활물질(12) 10중량% 내지 20중량% 및 제3 활물질(13) 10중량% 내지 20중량%를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전극 조성물은 고체전해질(20)을 더 포함할 수 있다.
상기 고체전해질(20)은 리튬 이차전지에 사용되는 이온 전도성이 있는 물질이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 페로브스카이트 구조를 가진 Li3xLa2/3-xTiO3(LLTO), 가넷 구조를 가진 Li7La3Zr2O12(LLZO), 포스페이트계의 NASICON 구조를 가진 Li1 + xAlxTi2 -x(PO4)3(LATP) 등의 산화물계 고체전해질일 수 있고, Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2 등의 황화물계 고체전해질일 수도 있다.
상기 고체전해질(20)은 분말 또는 입자의 형태로 적용될 수도 있으나, 바람직하게는 상기 전극 활물질(10)의 표면에 코팅된 형태로 적용될 수 있다. 전극 내의 이온 전도 경로를 확보하기 위한 고체전해질(20)의 투입량을 더욱 줄일 수 있기 때문이다.
도 3은 제1 활물질(11)의 표면에 코팅된 고체전해질(20)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 고체전해질(20)은 입자 크기(D1)가 10㎛ 내지 20㎛인 상기 제1 활물질(11)의 표면에 0.2㎚ 내지 30㎚의 두께(T1)로 코팅된 것일 수 있다. 상기 고체전해질(20)의 두께(T1)가 0.2㎚ 미만이면 전극을 형성하는 과정에서 파손되어 전극 내의 이온 전도 경로가 제대로 형성되지 않을 수 있고, 30㎚를 초과하면 고체전해질의 투입량 감소 효과가 미미하거나, 전해질이 전자 전도를 방해하여 셀 성능 열화를 야기할 수 있다.
도 4는 제2 활물질(12)의 표면에 코팅된 고체전해질(20)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 고체전해질(20)은 입자 크기(D2)가 1㎛ 내지 5㎛인 상기 제2 활물질(12)의 표면에 0.2㎚ 내지 30㎚의 두께(T2)로 코팅된 것일 수 있다. 상기 고체전해질(20)의 두께(T2)가 0.2㎚ 미만이면 전극을 형성하는 과정에서 파손되어 전극 내의 이온 전도 경로가 제대로 형성되지 않을 수 있고, 30㎚를 초과하면 고체전해질의 투입량 감소 효과가 미미하거나, 전해질이 전자 전도를 방해하여 셀 성능 열화를 야기할 수 있다.
도 5는 제3 활물질(13)의 표면에 코팅된 고체전해질(20)을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 고체전해질(20)은 입자 크기(D3)가 5㎛ 초과 및 10㎛ 미만인 상기 제3 활물질(13)의 표면에 0.2㎚ 내지 30㎚의 두께(T3)로 코팅된 것일 수 있다. 상기 고체전해질(20)의 두께(T3)가 0.2㎚ 미만이면 전극을 형성하는 과정에서 파손되어 전극 내의 이온 전도 경로가 제대로 형성되지 않을 수 있고, 30㎚를 초과하면 고체전해질의 투입량 감소 효과가 미미하거나, 전해질이 전자 전도를 방해하여 셀 성능 열화를 야기할 수 있다.
상기 전극 조성물은 도전재, 바인더 등을 더 포함할 수 있다.
상기 도전재는 전자 전도성이 있는 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 흑연, 카본블랙, 도전성 섬유 등일 수 있다.
상기 바인더는 전극 조성물의 각 구성성분 간의 접착력을 유지하기 위한 구성으로서, 위와 같은 기능을 수행할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무 및 불소 고무 등일 수 있다.
상기 전극 조성물은 상기 전극 활물질(10), 고체전해질(20), 도전재 및 바인더를 포함할 수 있고, 상기 전극 활물질(10)을 50중량% 내지 95중량%로 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질(10)의 함량이 50중량% 미만이면 출력의 향상 정도가 미미할 수 있고, 95중량%를 초과하면 다른 구성성분의 함량이 너무 적어 오히려 이온 전도도 및/또는 전기 전도도가 현저히 떨어질 수 있다.
도 6은 상기 전극 조성물을 포함하는 전극 및 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 리튬 이차전지(100)는 상기 전극 조성물을 포함하는 음극(110), 상기 음극(110)과 대향되어 위치하는 양극(120) 및 상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 개재된 전해질(130)을 포함한다.
상기 리튬 이차전지(100)는 상기 전해질(130)이 고체전해질인 전고체 전지일 수 있다.
상기 양극(120)은 양극 활물질, 고체전해질, 도전재, 바인더 등을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 Li2S 등과 같이 유황(S)을 포함하는 화합물 또는 리튬 원소를 포함하는 전이금속 산화물일 수 있다. 상기 고체전해질, 도전재 및 바인더는 상기 전극 조성물에 포함된 고체전해질, 도전재 및 바인더와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 전해질(130)은 액체전해질일 수 있으나, 고체전해질인 것이 바람직하다. 상기 전해질(130)을 고체전해질로 구성할 경우 상기 전극 조성물에 포함된 고체전해질과 동일하거나 다를 수 있다.
상기 음극(110)은 상기 전극 조성물을 포함한다. 상기 음극(110)은 상기 전극 조성물을 용매에 분산시켜 얻은 슬러리를 기재에 도포 및 건조한 뒤, 가압하여 형성할 수 있다. 따라서 상기 음극은 제2 활물질(12)이 제1 활물질(11) 입자 간의 공간(공극)을 메우며 형성된 공극률(porosity)이 약 5% 미만인 치밀한 구조의 고밀도 전극일 수 있다.
본 발명에 따른 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물로 전극을 형성하면 크기가 큰 전극 활물질 입자 간의 공간을 크기가 작은 전극 활물질이 메우기 때문에 전극의 공극률을 굉장히 줄일 수 있어 치밀한 구조의 고밀도 전극을 구현할 수 있다. 이에 따라 부피당·질량당 에너지 밀도가 굉장히 높은 리튬 이차전지를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 상기 전극 활물질의 표면에 고체전해질을 코팅한 상태로 전극을 형성하므로 전극 내의 이온 전도 경로를 확보하기 위한 고체전해질의 투입량을 크게 줄일 수 있어 리튬 이차전지의 부피당·질량당 에너지 밀도를 한층 더 높일 수 있다.
이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 범위에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10: 전극 활물질
11: 제1 활물질
12: 제2 활물질
13: 제3 활물질
20: 고체전해질
D1: 제1 활물질의 입자 크기
D2: 제2 활물질의 입자 크기
T1, T2: 고체전해질의 코팅 두께
100: 리튬 이차전지
110: 음극
120: 양극
130: 전해질

Claims (22)

  1. 파쇄강도 및 입자 크기가 서로 다른 2 이상의 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 탄소계 활물질, 산화물계 활물질, 금속계 활물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 전극 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 제1 활물질 및 제2 활물질을 포함하고,
    상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 파쇄강도가 높으며,
    상기 제1 활물질은 제2 활물질에 비해 입자 크기가 큰 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 활물질은 파쇄강도가 40㎫ 내지 1,000㎫인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 활물질은 파쇄강도가 0.1㎫ 내지 10㎫인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 활물질은 입자 크기가 10㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 활물질은 입자 크기가 1㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 활물질의 입자 크기가 상기 제2 활물질의 입자 크기에 비해 2배 내지 20배인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질은
    제1 활물질 70중량% 내지 90중량%; 및
    제2 활물질 10중량% 내지 30중량%를 포함하는 전극 조성물.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 제1 활물질 및 제2 활물질을 7:1 ~ 5:1의 중량비로 포함하는 전극 조성물.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질은 탄소계 활물질, 산화물계 활물질, 금속계 활물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제3 활물질을 더 포함하고,
    상기 제3 활물질은 제1 활물질에 비해 파쇄강도가 낮고, 제2 활물질에 비해 파쇄강도가 높으며,
    상기 제3 활물질은 제1 활물질에 비해 입자 크기가 작고, 제2 활물질에 비해 입자 크기가 큰 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 활물질은 파쇄강도가 10㎫ 초과 및 40㎫ 미만인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 활물질은 입자 크기가 5㎛ 초과 및 10㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전극 활물질은
    제1 활물질 60중량% 내지 90중량%;
    제2 활물질 10중량% 내지 20중량%; 및
    제3 활물질 10중량% 내지 20중량%를 포함하는 전극 조성물.
  15. 제3항에 있어서,
    고체전해질, 도전재 및 바인더를 더 포함하는 전극 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고체전해질은 전극 활물질의 표면에 코팅된 것인 전극 조성물.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고체전해질은 상기 전극 활물질의 표면에 0.2㎚ 내지 30㎚의 두께로 코팅된 것인 전극 조성물.
  18. 제15항에 있어서,
    전극 활물질을 50중량% 내지 95중량%로 포함하는 전극 조성물.
  19. 제3항의 전극 조성물을 포함하는 전극.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 활물질이 상기 제1 활물질 입자 간의 공간을 메워 치밀한 구조를 갖고,
    공극률(porosity)이 5% 미만인 전극.
  21. 제19항의 전극을 음극으로 포함하는 리튬 이차전지.
  22. 제21항에 있어서,
    전고체 전지인 리튬 이차전지.
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