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KR102326851B1 - Cathode electrode for lithium secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102326851B1
KR102326851B1 KR1020170150347A KR20170150347A KR102326851B1 KR 102326851 B1 KR102326851 B1 KR 102326851B1 KR 1020170150347 A KR1020170150347 A KR 1020170150347A KR 20170150347 A KR20170150347 A KR 20170150347A KR 102326851 B1 KR102326851 B1 KR 102326851B1
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Abstract

본 발명은 리튬이차전지용 음극 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 제조방법은 폴리아믹산(Polyamic acid, PAA) 및 실리콘 활물질을 믹싱(mixing)하여 슬러리를 생성하는 단계, 생성된 슬러리를 음극 집전체에 코팅하는 단계, 코팅된 음극 집전체를 서로 다른 환경조건으로 복수회 건조하는 단계를 포함한다.The present invention discloses a negative electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same. The manufacturing method of the present invention comprises the steps of mixing polyamic acid (PAA) and a silicone active material to produce a slurry, coating the resulting slurry on an anode current collector, and applying the coated anode current collector to different environments It includes the step of drying multiple times under conditions.

Description

리튬이차전지용 음극 및 그 제조방법{Cathode electrode for lithium secondary battery and manufacturing method thereof}Anode for lithium secondary battery and manufacturing method thereof

본 발명은 리튬이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리아믹산(Polyamic acid, PAA) 및 실리콘 활물질을 포함하는 리튬이차전지용 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a negative electrode for a lithium secondary battery comprising a polyamic acid (PAA) and a silicon active material and a method for manufacturing the same.

리튬이온 이차전지는 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치의 하나이다.A lithium ion secondary battery is one of energy storage devices for storing energy.

리튬이온 이차전지는 니켈 카드뮴 전지 등에 비해 높은 에너지 밀도를 가지면서 비메모리(no memory effect) 특성을 갖고, 친환경적이며, 수명 주기가 길고, 높은 전압을 출력할 수 있다. 무엇보다도 소형화가 가능하기 때문에 최근 휴대폰, 태블릿 PC 및 캠코더와 같은 소형 휴대용 전자 제품에 널리 사용되고 있다.A lithium ion secondary battery has a higher energy density than a nickel-cadmium battery, has a non-memory effect, is eco-friendly, has a long life cycle, and can output a high voltage. Above all, since it can be miniaturized, it is widely used in small portable electronic products such as mobile phones, tablet PCs and camcorders.

종래의 리튬이온 이차전지는 주요 구성요소로써, 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함한다. 양극은 리튬산화물을 포함하고, 음극은 리튬이온을 저장할 수 있는 흑연과 같은 탄소화합물을 포함하며, 분리막은 양극과 음극이 직접 접촉되는 것을 방지하며, 전해액은 양극과 음극에서 리튬 이온이 이동할 수 있도록 하는 매개체 역할을 한다.A conventional lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte as main components. The positive electrode contains lithium oxide, the negative electrode contains a carbon compound such as graphite that can store lithium ions, the separator prevents direct contact between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolyte prevents lithium ions from moving between the positive and negative electrodes. serves as a medium for

최근에는 리튬이온 이차전지의 음극을 탄소계 소재로부터 실리콘계 소재로 변경하여 리튬이온 이차전지의 가역용량을 증가시키는 기술이 연구되고 있다.Recently, a technology for increasing the reversible capacity of a lithium ion secondary battery by changing the negative electrode of a lithium ion secondary battery from a carbon-based material to a silicon-based material is being studied.

그러나, 이와 같이 리튬이온 이차전지의 음극도 활물질과 도전재를 고르게 믹싱한 후, 집전체에 코팅하여 제조되며, 이러한 믹싱 및 코팅하는데 비용과 시간이 많이 소비되는 문제가 있다.However, the negative electrode of the lithium ion secondary battery is also manufactured by evenly mixing the active material and the conductive material and then coating it on the current collector, and there is a problem in that a lot of cost and time is consumed for such mixing and coating.

한국공개특허공보 제10-2014-0120751호(2014.10.14.)Korean Patent Publication No. 10-2014-0120751 (2014.10.14.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도전재를 사용하지 않고, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질을 포함하여 제조하는 리튬이차전지용 음극 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery and a method for manufacturing the same, which are manufactured by including polyamic acid and a silicon active material without using a conductive material.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 리튬이차전지용 음극 제조방법은 폴리아믹산(Polyamic acid, PAA) 및 실리콘 활물질을 믹싱(mixing)하여 슬러리를 생성하는 단계, 상기 생성된 슬러리를 음극 집전체에 코팅하는 단계, 상기 코팅된 음극 집전체를 서로 다른 환경조건으로 복수회 건조하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention comprises the steps of mixing polyamic acid (PAA) and a silicon active material to produce a slurry, and applying the resulting slurry to a negative electrode current collector. coating, and drying the coated negative electrode current collector a plurality of times under different environmental conditions.

또한 상기 생성하는 단계에서, 상기 슬러리는 상기 폴리아믹산 10중량% 내지 30중량%와, 상기 실리콘 활물질 70중량% 내지 90중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the generating step, the slurry is characterized in that it comprises 10% to 30% by weight of the polyamic acid and 70% to 90% by weight of the silicone active material.

또한 상기 복수회 건조하는 단계는, 대기 상태에서 70℃ 내지 90℃의 온도로 1시간 내지 3시간 동안 건조하는 제1 건조하는 단계 및 질소(N2) 분위기에서 600℃ 내지 800℃의 온도로 4시간 내지 6시간 동안 건조하는 제2 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the drying step may include a first drying step of drying for 1 hour to 3 hours at a temperature of 70° C. to 90° C. in an atmospheric condition, and a nitrogen (N 2 ) 4 at a temperature of 600° C. to 800° C. in an atmosphere. It is characterized in that it comprises a second drying step of drying for hours to 6 hours.

또한 상기 제1 건조하는 단계는, 상기 슬러리에 포함된 N-메틸-2-피페리돈(N-methyl-2-piperidone, NMP)을 제거하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first drying step is characterized in that the N-methyl-2-piperidone (N-methyl-2-piperidone, NMP) contained in the slurry is removed.

또한 상기 제2 건조하는 단계는, 상기 슬러리 중 폴리아믹산의 일부를 탄화(carbonization)하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second drying step is characterized in that a portion of the polyamic acid in the slurry is carbonized (carbonization).

또한 상기 복수회 건조로 제조된 음극을 라만분광법 분석하는 경우, 비정질 탄소가 확인되는 것을 특징으로 한다.In addition, when the anode prepared by drying the plurality of times is analyzed by Raman spectroscopy, amorphous carbon is confirmed.

또한 상기 복수회 건조로 제조된 음극을 적외선분광법 분석하는 경우, 카르보닐기(carbonyl group) 1630cm-1에서 흡광이 관찰되는 것을 특징으로 한다.In addition, when the anode prepared by drying the plurality of times is analyzed by infrared spectroscopy, absorption is observed at a carbonyl group of 1630 cm -1 .

본 발명에 따른 리튬이차전지용 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 형성되며, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질이 포함된 슬러리를 코팅하여 형성된 음극층을 포함한다.The negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention includes a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on at least one surface of the negative electrode current collector and coated with a slurry containing polyamic acid and a silicon active material.

본 발명의 리튬이차전지용 음극 및 그 제조방법은 도전재를 사용하지 않고, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질을 포함함으로써, 종래의 도전재를 사용하던 음극보다 공정시간 단축 및 원자재 비용 절감을 할 수 있다The negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention and its manufacturing method do not use a conductive material, but include polyamic acid and a silicon active material, so that it is possible to shorten the process time and reduce the cost of raw materials compared to the negative electrode using a conventional conductive material.

또한 초기 효율을 높이고, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to increase the initial efficiency and improve the life characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 라만 및 적외선 분광법에 대한 분석결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 상온 전지 특성 평가를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 수명 특성 평가를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the analysis result of the Raman and infrared spectroscopy of the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the evaluation of the room temperature battery characteristics of the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the evaluation of the lifespan characteristics of a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function is obvious to those skilled in the art or may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 리튬이차전지(100)는 음극(10)과 양극(30)이 분리막(20)을 기준으로 배치되고, 음극(10)과 양극(30) 사이에 전해질이 개재된다.Referring to FIG. 1 , in the lithium secondary battery 100 , the negative electrode 10 and the positive electrode 30 are disposed with respect to the separator 20 , and the electrolyte is interposed between the negative electrode 10 and the positive electrode 30 .

음극(10)은 도전재를 사용하지 않고, 폴리아믹산과 고용량 실리콘 활물질로 제조된다. 음극(10)은 음극 집전체(11) 및 음극층(12)을 포함한다. 음극(10)은 폴리아믹산과 실리콘 활물질을 믹싱하고, 믹싱된 슬러리를 음극 집전체(11)에 코팅한 후, 서로 다른 환경조건으로 두 번 건조하여 음극층(12)이 형성된다. 이 때, 음극층(12)는 음극 집전체(11)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 음극 집전체(11)는 리튬(Li) 금속이 될 수 있으며, 이 밖에도 구리(Cu), 탄소계 소재 등이 될 수 있다. 예컨대, 탄소계 소재는 흑연, 하드 카본 등이 될 수 있다.The negative electrode 10 is made of polyamic acid and a high-capacity silicone active material without using a conductive material. The negative electrode 10 includes a negative electrode current collector 11 and a negative electrode layer 12 . The negative electrode 10 is a negative electrode layer 12 is formed by mixing polyamic acid and a silicone active material, coating the mixed slurry on the negative electrode current collector 11, and then drying it twice under different environmental conditions. In this case, the negative electrode layer 12 may be formed on at least one surface of the negative electrode current collector 11 . The negative electrode current collector 11 may be made of lithium (Li) metal, and in addition, copper (Cu), a carbon-based material, or the like may be used. For example, the carbon-based material may be graphite, hard carbon, or the like.

양극(30)은 활물질로 LiMO2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM2O4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO4 (M = Co, Ni, Fe, Mn), LiNi1-xCoxO2 (0<x<1), LiNi2-xMnxO4 (0<x<2) 및 Li[NiMnCo]O2 등의 리튬 전이금속 산화물 또는 황 화합물을 포함하거나, 다공질의 공기 전극을 사용할 수 있다. 이러한 양극 활물질은 사용되는 활물질의 종류에 따라, 층상 구조, 스피넬 구조, 또는 올리빈 구조를 가질 수 있다.The positive electrode 30 is an active material, LiMO 2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM 2 O 4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO 4 (M = Co, Ni, Fe, Mn), LiNi 1 -xCoxO 2 (0<x<1), LiNi 2 -xMnxO 4 (0<x<2) and Li[NiMnCo]O 2 containing lithium transition metal oxides or sulfur compounds, such as, or using a porous air electrode can Such a positive active material may have a layered structure, a spinel structure, or an olivine structure, depending on the type of active material used.

전해질은 액체 전해질 또는 고체 전해질로 이루어질 수 있으며, 특히 액체 전해질을 사용하는 경우 음극(10)과 양극(30)의 사이에 유기 전해액 담지를 위한 분리막(20)이 형성될 수 있다.The electrolyte may be formed of a liquid electrolyte or a solid electrolyte, and in particular, when a liquid electrolyte is used, the separator 20 for supporting the organic electrolyte may be formed between the negative electrode 10 and the positive electrode 30 .

유기 전해액은 리튬염과 유기용매를 함유한다. 리튬염은 비제한적인 예로서, 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬트라이플루오로메탄설포네이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로아세네이트(LiAsF6), 리튬비스트라이플루오로메탄설포닐이미드(LiTFSI), 리튬비스옥살라토보레이트(LiBOB) 및 이들의 2 이상의 슬러리 중에서 선택될 수 있다. 유기용매는 비제한적인예로서, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 다이에틸 카보네이트, 에틸 프로피오네이트 및 이들의 2 이상의 슬러리 중에서 선택될 수 있다. 유기용매는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC)을 포함하는 기본 용매에, 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC) 등을 포함할 수 있다.The organic electrolyte contains a lithium salt and an organic solvent. Lithium salts include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6 ), lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI), lithium bisoxalatoborate (LiBOB), and slurries of two or more thereof. The organic solvent is a non-limiting example, and may be selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl propionate, and slurries of two or more thereof. The organic solvent may include dimethyl carbonate (DC), ethylmethyl carbonate (EMC), etc. in a basic solvent containing ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC). have.

분리막(20)은 음극(10) 및 양극(30) 사이에 배치될 수 있다. 분리막(20)은 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지, 또는 셀룰로오스계 재질의 미세다공막 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하거나, 이들 막에 세라믹과 같은 무기물이 코팅된 것일 수 있다. 예컨대, 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 포함할 수 있고, 상기 불소계 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드, 플리테트라플로오루에틸렌 등을 포함할 수 있고, 폴리에스터계 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다.The separator 20 may be disposed between the negative electrode 10 and the positive electrode 30 . The separator 20 includes at least one selected from a polyolefin-based resin, a fluorine-based resin, a polyester-based resin, a polyacrylonitrile resin, or a microporous film made of a cellulose-based material, or an inorganic material such as a ceramic is coated on these films it could be For example, the polyolefin-based resin may include polyethylene, polypropylene, and the like, the fluorine-based resin may include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like, and the polyester-based resin may include polyethylene terephthalate, polybutyl Renterephthalate and the like may be included.

한편, 리튬이차전지(100)의 제조는 수분과 대기 중 활성 기체의 영향을 최소화하기 위하여, 드라이 룸 또는 불활성 기체 분위기의 글로브 박스 안에서 수행될 수 있다. Meanwhile, the lithium secondary battery 100 may be manufactured in a dry room or in a glove box in an inert gas atmosphere in order to minimize the influence of moisture and active gas in the atmosphere.

리튬이차전지(100)가 코인셀 형태로 제조될 경우, 양극(30), 분리막(20) 및 음극(10)을 적층 방식으로 구성하고, 각형 또는 원형으로 제조할 경우, 권취 방식 또는 적층 방식을 사용할 수 있다. 이후, 외부 전자 흐름의 통로가 되는 음극(10)과 양극(30)에 단자 탭을 부착하고 패키징한다. 패키징을 완료되면 전해질을 주입하고 진공 상에서 밀봉하여 리튬이차전지(100)를 완성할 수 있다.When the lithium secondary battery 100 is manufactured in the form of a coin cell, the positive electrode 30, the separator 20, and the negative electrode 10 are configured in a stacked manner. Can be used. Thereafter, a terminal tab is attached to the negative electrode 10 and the positive electrode 30, which are passages of external electron flow, and the packaging is performed. When packaging is completed, the lithium secondary battery 100 may be completed by injecting electrolyte and sealing in a vacuum.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 음극(10)은 도전재를 사용하지 않고, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질을 포함함으로써, 종래의 도전재를 사용하던 음극보다 공정시간 단축하고, 원자재 비용을 절감할 수 있다. 1 and 2, the negative electrode 10 does not use a conductive material, and includes polyamic acid and a silicon active material, thereby shortening the process time and reducing raw material costs compared to the negative electrode using a conventional conductive material. have.

S10단계에서, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질을 믹싱하여 슬러리를 생성한다. 이 때, 슬러리는 폴리아믹산 10중량% 내지 30중량%와, 실리콘 활물질 70중량% 내지 90중량%를 포함한다. 바람직하게는, 슬러리는 폴리아믹산 15중량% 내지 25중량%와, 실리콘 활물질 75중량% 내지 85중량%를 포함할 수 있다. 더 바람직하게는, 슬러리는 폴리아믹산 19중량%와, 실리콘 활물질 81중량%를 포함한다.In step S10, a slurry is produced by mixing the polyamic acid and the silicone active material. At this time, the slurry contains 10 wt% to 30 wt% of polyamic acid, and 70 wt% to 90 wt% of a silicone active material. Preferably, the slurry may contain 15 wt% to 25 wt% of a polyamic acid and 75 wt% to 85 wt% of a silicone active material. More preferably, the slurry contains 19% by weight of polyamic acid and 81% by weight of a silicone active material.

S30단계에서, S10단계에서 생성된 슬러리를 음극 집전체(11)에 코팅한다. 음극 집전체(11)는 슬러리에 담지되어 표면이 코팅된다. 바람직하게는, 슬러리가 음극 집전체(11)에 일정한 두께로 코팅될 수 있다.In step S30, the slurry produced in step S10 is coated on the negative electrode current collector 11. The negative electrode current collector 11 is supported in the slurry and the surface thereof is coated. Preferably, the slurry may be coated on the negative electrode current collector 11 to a constant thickness.

S50단계 및 S70단계에서 S30단계에서 코팅된 음극 집전체(11)를 건조하여 음극층(12)을 형성한다. 이 때, 음극 집전체는 서로 다른 환경조건으로 복수회 건조된다. 즉, S50단계 및 S70단계는 서로 다른 환경조건이다.In steps S50 and S70, the negative electrode current collector 11 coated in step S30 is dried to form the negative electrode layer 12. At this time, the negative electrode current collector is dried a plurality of times under different environmental conditions. That is, the steps S50 and S70 are different environmental conditions.

S50단계에서, S30단계에서 코팅된 음극 집전체(11)를 제1 건조한다. 제1 건조는 대기 상태에서 70℃ 내지 90℃의 온도로 1시간 내지 3시간 동안 건조한다. 바람직하게는, 제1 건조는 대기 상태에서 75℃ 내지 85℃의 온도로 1시간30분 내지 2시간30분 동안 건조할 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 건조는 대기 상태에서 80℃의 온도에서 2시간 동안 건조할 수 있다. 제1 건조는 슬러리에 포함된 N메틸-2-피페리돈(N-methyl-2-piperidone, NMP)을 제거한다. In step S50, the negative electrode current collector 11 coated in step S30 is first dried. The first drying is dried for 1 hour to 3 hours at a temperature of 70° C. to 90° C. under atmospheric conditions. Preferably, the first drying may be performed for 1 hour 30 minutes to 2 hours 30 minutes at a temperature of 75° C. to 85° C. in an atmospheric condition. More preferably, the first drying may be performed for 2 hours at a temperature of 80° C. under atmospheric conditions. The first drying removes N-methyl-2-piperidone (NMP) contained in the slurry.

S70단계에서, S50단계에서 제1 건조된 음극 집전체를 제2 건조한다. 제2 건조는 제1 건조와 다른 환경조건의 건조이다. 즉, 제2 건조는 질소(N2) 분위기에서 600℃ 이상의 온도로 4시간 이상 건조한다. 바람직하게는, 제2 건조는 질소 분위기에서 600℃ 내지 800℃의 온도로 4시간 내지 6시간 동안 건조할 수 있다. 더 바람직하게는, 제2 건조는 질소 분위기에서 700℃의 온도로 5시간 동안 건조할 수 있다. 제2 건조는 슬러리 중 폴리아믹산의 일부를 탄화(carbonization)한다. 제2 건조가 완료되면, 폴리아믹산 및 실리콘 활물질을 포함하는 음극(10)이 완성된다.In step S70, the first dried negative electrode current collector in step S50 is second dried. The second drying is drying under an environmental condition different from that of the first drying. That is, the second drying is performed at a temperature of 600° C. or higher in a nitrogen (N 2 ) atmosphere for 4 hours or more. Preferably, the second drying may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600° C. to 800° C. for 4 hours to 6 hours. More preferably, the second drying may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 700° C. for 5 hours. In the second drying, a portion of the polyamic acid in the slurry is carbonized. When the second drying is completed, the negative electrode 10 including the polyamic acid and the silicone active material is completed.

한편, 음극(10)은 복수회 건조를 통해 폴리아믹산으로부터 형성되는 탄소체의 도전성과 접착력을 극대화할 수 있다. 이를 통해, 음극(10)은 전극 특성을 원활히 구현할 수 있다.On the other hand, the negative electrode 10 can maximize the conductivity and adhesion of the carbon body formed from the polyamic acid through drying a plurality of times. Through this, the cathode 10 may smoothly implement electrode characteristics.

이하, 전술된 제조방법에 의해 제조된 음극(10)에 대한 분석 및 특성 평가를 개시한다.Hereinafter, analysis and characteristic evaluation of the negative electrode 10 manufactured by the above-described manufacturing method will be described.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 라만 및 적외선 분광법에 대한 분석결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a)은 음극(10)을 라만 분광법으로 분석한 결과를 설명하는 도면이고, 도 3(b)은 음극(10)을 적외선 분광법으로 분석한 결과를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the analysis results of the Raman and infrared spectroscopy of the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 3(a) is a view for explaining the result of analyzing the cathode 10 by Raman spectroscopy, and FIG. 3(b) is a view for explaining the result of analyzing the cathode 10 by infrared spectroscopy.

도 1 및 도 3을 참조하면, 라만 분광법 및 적외선 분광법을 통해 음극(10)의 집전체 및 슬러리 사이에 대한 접착정도를 확인하였다.1 and 3, the degree of adhesion between the current collector and the slurry of the negative electrode 10 was confirmed through Raman spectroscopy and infrared spectroscopy.

음극(10)은 도 3(a)을 통해 비정질 탄소가 존재함을 확인하였으며, 도 3(b)을 통해 종래의 카르보닐기(carbonyl group)(1630cm-1) 관능기에 의한 접착력 보존 등 기계적 특성 확보가 유지됨을 확인하였다. 즉, 음극(10)은 카르보닐기 1630cm-1에서 흡광이 관찰됨을 확인할 수 있다.The negative electrode 10 confirmed the presence of amorphous carbon through FIG. 3(a), and through FIG. 3(b), mechanical properties such as preserving adhesion by a conventional carbonyl group (1630cm -1 ) functional group. was confirmed to be maintained. That is, it can be seen that the anode 10 absorbs light at 1630 cm -1 of the carbonyl group.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 상온 전지 특성 평가를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 평가조건은 2.5 내지 0.005V(vs. Li/Li+), 0.1C/0.1C 이다.4 is a view for explaining the evaluation of the room temperature battery characteristics of the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Here, the evaluation conditions are 2.5 to 0.005V (vs. Li/Li+), 0.1C/0.1C.

도 1, 도 4를 참조하면, 음극(10)의 첫 회 충전 및 방전을 프로파일(profile)로 나타내고 있으며, 이를 통해 상온에서의 전지 특성 평가를 통해 음극(10)이 리튬이차전지에 적용 가능한지를 확인하였다.1 and 4 , the first charging and discharging of the negative electrode 10 are shown as a profile, and through this, the negative electrode 10 can be applied to a lithium secondary battery by evaluating the battery characteristics at room temperature. Confirmed.

그 결과, 약 0.43V 평균 충전전압과 약 0.09V 평균 방전전압에서 전지의 충전 및 방전이 나타나는 거동을 확인하였으며, 약 2500(mAh/g)의 방전 용량으로 약 80%의 초기 충방전 효율을 나타내고 있음을 확인하였다.As a result, the charging and discharging behavior of the battery was confirmed at an average charging voltage of about 0.43V and an average discharge voltage of about 0.09V, and an initial charge-discharge efficiency of about 80% with a discharge capacity of about 2500 (mAh/g) confirmed that there is.

따라서, 음극(10)은 초기 충방전 효율이 종래의 음극보다 향상되었음을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that the negative electrode 10 had improved initial charge/discharge efficiency compared to the conventional negative electrode.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 수명 특성 평가를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 평가조건은 1.4 내지 0.005V(vs. Li/Li+), 0.2C/0.2C 이다.5 is a view for explaining the evaluation of the lifespan characteristics of a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. Here, the evaluation conditions are 1.4 to 0.005V (vs. Li/Li+), 0.2C/0.2C.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상온에서의 수명 특성 평가를 통해 음극(10)이 리튬이차전지에 적용 가능한지를 확인하였다.Referring to FIGS. 1 and 5 , it was confirmed whether the negative electrode 10 was applicable to a lithium secondary battery through evaluation of lifespan characteristics at room temperature.

그 결과, 초기 0.2C 방전 용량 대비 80%@ 24사이클(cycle) 수준으로 우수한 수명특성을 나타내고 있음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that excellent life characteristics were exhibited at the level of 80%@ 24 cycles compared to the initial 0.2C discharge capacity.

따라서, 음극(10)은 상온에서의 수명이 종래의 음극보다 향상되었음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the negative electrode 10 has an improved lifespan at room temperature compared to the conventional negative electrode.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and in the technical field to which the present invention belongs, without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims Any person skilled in the art can make various modifications, of course, and such modifications are within the scope of the claims.

10: 음극
11: 음극 집전체
12: 음극층
20: 분리막
30: 양극
100: 리튬이차전지
10: cathode
11: anode current collector
12: cathode layer
20: separator
30: positive electrode
100: lithium secondary battery

Claims (8)

폴리아믹산(Polyamic acid, PAA) 및 실리콘 활물질을 믹싱(mixing)하여 슬러리를 생성하는 단계;
상기 생성된 슬러리를 음극 집전체에 코팅하는 단계;
상기 코팅된 음극 집전체를 서로 다른 환경조건으로 복수회 건조하는 단계;를 포함하되,
상기 복수회 건조하는 단계는,
대기 상태에서 75℃내지 85℃의 온도로 1시간30분 내지 2시간30분 동안 건조하는 제1 건조하는 단계; 및
질소(N2) 분위기에서 600℃내지 800℃의 온도로 4시간 내지 6시간 동안 건조하는 제2 건조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
generating a slurry by mixing polyamic acid (PAA) and a silicone active material;
coating the generated slurry on an anode current collector;
Including; drying the coated anode current collector a plurality of times under different environmental conditions;
The step of drying the plurality of times,
A first drying step of drying for 1 hour 30 minutes to 2 hours 30 minutes at a temperature of 75 ° C. to 85 ° C. in the standby state; and
a second drying step of drying for 4 to 6 hours at a temperature of 600°C to 800°C in a nitrogen (N2) atmosphere;
A method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, comprising:
제 1항에 있어서,
상기 생성하는 단계에서,
상기 슬러리는 상기 폴리아믹산 10중량% 내지 30중량%와, 상기 실리콘 활물질 70중량% 내지 90중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
The method of claim 1,
In the generating step,
The slurry is a method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that it comprises 10% to 30% by weight of the polyamic acid, and 70% to 90% by weight of the silicon active material.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1 건조하는 단계는,
상기 슬러리에 포함된 N-메틸-2-피페리돈(N-methyl-2-piperidone, NMP)을 제거하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
The method of claim 1,
The first drying step,
A method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the N-methyl-2-piperidone (NMP) contained in the slurry is removed.
제 1항에 있어서,
상기 제2 건조하는 단계는,
상기 슬러리 중 폴리아믹산의 일부를 탄화(carbonization)하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
The method of claim 1,
The second drying step is,
A method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery, characterized in that a part of the polyamic acid in the slurry is carbonized.
제 1항에 있어서,
상기 복수회 건조로 제조된 음극을 라만분광법 분석하는 경우, 비정질 탄소가 확인되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
The method of claim 1,
When the anode prepared by drying the plurality of times is analyzed by Raman spectroscopy, amorphous carbon is confirmed.
제 1항에 있어서,
상기 복수회 건조로 제조된 음극을 적외선분광법 분석하는 경우, 카르보닐기(carbonyl group) 1630cm-1에서 흡광이 관찰되는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 음극 제조방법.
The method of claim 1,
When the anode prepared by drying the plurality of times is analyzed by infrared spectroscopy, light absorption is observed at a carbonyl group of 1630 cm -1 .
삭제delete
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