KR20170021487A - Positive Electrode Coated with Conductive Adhesion Layer for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 합제가 집전체에 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서,
상기 집전체의 일면 또는 양면 상에는 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층이 도포되어 있고;
상기 패턴 코팅에 의해, 양극 합제는 도전성 접착층이 도포된 부위에서는 도전성 접착층 상에 도포되어 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 직접 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극을 제공한다.The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery in which a positive electrode active material, a binder, and a positive electrode material mixture containing a conductive material are applied to a current collector,
A conductive adhesive layer on which a mixture of a conductive material and a polymer material is pattern-coated is applied on one side or both sides of the current collector;
The positive electrode mixture is coated on the conductive adhesive layer at the portion where the conductive adhesive layer has been applied by the pattern coating and is directly applied to the current collector at the portion where the conductive adhesive layer is not applied .
Description
본 발명은 도전성 접착층이 코팅된 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery coated with a conductive adhesive layer and a lithium secondary battery comprising the same.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing. Recently, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) In addition, the use area has been expanded for use as a power auxiliary power source through a grid, and accordingly, a lot of researches on a battery that can meet various demands have been conducted.
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 수소금속(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.In recent years, there has been a growing interest in environmental issues, and as a result, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which can replace fossil-fueled vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, And the like. Although a nickel metal hydride (Ni-MH) secondary battery is mainly used as a power source for such an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (HEV), a lithium secondary battery having a high energy density, a high discharge voltage, Research is being actively carried out, and some are commercialized.
일반적으로 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체에 리튬 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 리튬 이차전지는 비수계 조성으로 되어 있으며, 전극은 일반적으로 집전체에 전극 슬러리를 코팅하여 제조하는 바, 상기 전극 슬러리는 에너지를 저장하기 위한 전극 활물질과, 전기전도성을 부여하기 위한 도전재, 및 이를 집전체에 접착하고 상호간에 결합력을 제공하기 위한 바인더로 구성된 전극 합제를 NMP(N-methyl pyrrolidone) 등의 용매에 혼합하여 제조된다. 이차전지의 집전체로는 일반적으로 구리 호일, 알루미늄 호일 등이 사용되고 있다.Generally, a lithium secondary battery has a structure in which a lithium electrolyte is impregnated into an electrode assembly composed of a cathode including a lithium transition metal oxide as an electrode active material, a cathode including a carbonaceous active material, and a separator. The lithium secondary battery has a non-aqueous composition, and the electrode is generally manufactured by coating an electrode slurry on a current collector. The electrode slurry includes an electrode active material for storing energy, a conductive material for imparting electrical conductivity, And an electrode mixture composed of a binder for adhering it to the current collector and for providing a bonding force to each other is mixed with a solvent such as N-methyl pyrrolidone (NMP). As the current collector of the secondary battery, copper foil, aluminum foil and the like are generally used.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Also, the secondary battery is classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the long battery-shaped anodes and cathodes are jelly- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked, A stack / folding type electrode assembly having a structure in which a bi-cell or a full cell stacked in a single state is wound is exemplified.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 나타낸 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows an exploded perspective view showing a general structure of a typical conventional pouch type secondary battery.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.1, a pouch type
전지케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어 전지케이스 외주면을 따라 실링부(도시되지 않음)를 형성한다.The
그러나, 이러한 전극의 제조시 압착 공정이나 이후 제조 공정에서 전극 합제와 집전체 사이의 접착력이 저하되어 분진 등이 발생할 수 있고, 전지의 작동 중에 그것의 표면에 부착되어 있는 전극 활물질이 박리되는 경향이 나타나는 문제점을 가지고 있다. 이러한 접착력 저하 및 이로 인한 활물질의 박리는 전지의 내부 저항을 증가시켜 출력 특성을 저하시키고 전지 용량의 감소를 유발하는 등 전지 성능을 크게 저하시키는 문제가 있다.However, in the production of such an electrode, the adhesion force between the electrode mixture and the current collector is lowered in the pressing step or the subsequent manufacturing step, and dust or the like may be generated, and the electrode active material attached to the surface of the electrode tends to peel off It has problems. Such deterioration of adhesive strength and detachment of the active material due to the deterioration of the active material increases the internal resistance of the battery, thereby deteriorating output characteristics and decreasing the battery capacity.
이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다. 예를 들어, 집전체의 표면을 에칭하여 미세한 요철을 형성함으로써 집전체와의 결합력을 높이는 방법이 제시되고 있다. 이러한 방법은 간단한 공정에 의해 높은 비표면적의 집전체가 얻어질 수 있는 장점이 있지만, 에칭 처리로 인해 집전체의 수명이 저하되는 문제점을 가지고 있다.Various methods for solving such problems have been proposed. For example, a method of increasing the bonding force with the current collector by etching the surface of the current collector to form fine irregularities has been proposed. This method has an advantage that a current collector having a high specific surface area can be obtained by a simple process, but has a problem that the lifetime of the current collector is lowered due to the etching treatment.
또한, 종래기술에서는 전극의 집전체 일면 또는 양면에 전체적으로 도전성을 가진 접착층을 형성시키는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 이러한 전도성 접착층은 전도성 물질을 포함하고 있지만 접착 물질을 포함하고 있어 도전재에 비해 전기 저항이 높은 바, 집전체와 양극 활물질 간의 저항으로 작용하여 전지의 내부 저항을 높이는 요인으로 작용할 수 있는 문제점을 가지고 있다.Further, in the prior art, a method of forming an adhesive layer having conductivity as a whole on one surface or both surfaces of the collector of the electrode has been proposed. However, since the conductive adhesive layer contains a conductive material, it has an electrical resistance higher than that of the conductive material because it contains an adhesive material and acts as a resistance between the current collector and the cathode active material, thereby increasing the internal resistance of the battery. Lt; / RTI >
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 이차전지용 양극의 집전체의 일면 또는 양면 상에 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층을 형성시킴으로써, 도전성 접착층 상에 도포된 양극 합제의 구조에 의해 양극 합제와 집전체 사이의 접착력을 크게 향상시킬 수 있고, 접착력 저하로 인한 양극 활물질의 박리 현상, 전지의 내부 저항 증가, 전지 특성 저하를 방지할 수 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 양극 합제가 직접 도포되어 있는 구조로 형성됨에 따라, 도전성 접착층이 코팅되어 있지 않는 부분에서 양극 합제가 집전체에 직접 접합함으로써, 도전성 접착층의 추가로 인한 전기 전도성의 저하를 최소화할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that a conductive adhesive layer in which a mixture containing a conductive material and a polymer material is pattern-coated on one surface or both surfaces of a collector of a cathode for a secondary battery The adhesive force between the positive electrode mixture and the current collector can be greatly improved by the structure of the positive electrode mixture applied on the conductive adhesive layer, and the peeling of the positive electrode active material due to the decrease in the adhesion force, the increase in the internal resistance of the battery, And the positive electrode mixture is directly applied on the current collector at the portion where the conductive adhesive layer is not applied. Therefore, the positive electrode mixture is directly bonded to the current collector in the portion where the conductive adhesive layer is not coated, Confirming that the deterioration of the electrical conductivity due to the addition of the adhesive layer can be minimized Thus, the present invention has been completed.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은, According to an aspect of the present invention, there is provided a positive electrode for a secondary battery,
양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 합제가 집전체에 도포되어 있는 이차전지용 양극으로서, A positive electrode for a secondary battery in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a binder and a conductive material is applied to a current collector,
상기 집전체의 일면 또는 양면 상에는 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층이 도포되어 있고;A conductive adhesive layer on which a mixture of a conductive material and a polymer material is pattern-coated is applied on one side or both sides of the current collector;
상기 패턴 코팅에 의해, 양극 합제는 도전성 접착층이 도포된 부위에서는 도전성 접착층 상에 도포되어 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 직접 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.By the pattern coating, the positive electrode material mixture is coated on the conductive adhesive layer at the portion where the conductive adhesive layer is applied, and is directly applied to the current collector portion at the portion where the conductive adhesive layer is not applied.
여기서, 패턴은 특정 모양이 반복적으로 형성되어 있는 것을 의미하고, 대량 생산을 위해 단순한 형태의 패턴이 될 수 있다.Here, the pattern means that a specific shape is repeatedly formed, and can be a simple pattern for mass production.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은, 이차전지용 양극의 집전체의 일면 또는 양면 상에 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층을 형성시킬 경우에는, 도전성 접착층 상에 도포된 양극 합제의 구조에 의해 양극 합제와 집전체 사이의 접착력을 크게 향상시킬 수 있고, 접착력 저하로 인한 양극 활물질의 박리 현상, 전지의 내부 저항 증가, 전지 특성 저하를 방지할 수 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 양극 합제가 직접 도포되어 있는 구조로 형성됨에 따라, 도전성 접착층이 코팅되어 있지 않는 부분에서 양극 합제가 집전체에 직접 접합함으로써, 도전성 접착층의 추가로 인한 전기 전도성의 저하를 최소화할 수 있는 효과를 발휘한다.Therefore, in the case of forming the conductive adhesive layer in which the mixture containing the conductive material and the polymer substance is pattern-coated on one surface or both surfaces of the current collector of the anode for the secondary battery, the anode for a secondary battery according to the present invention, The structure of the positive electrode mixture can greatly improve the adhesive force between the positive electrode mixture and the current collector and can prevent the detachment of the positive electrode active material due to a decrease in the adhesion force, the increase in the internal resistance of the battery and the deterioration of the battery characteristics, The positive electrode material mixture is directly applied on the current collector in the portion where the conductive adhesive layer is not coated, so that the positive electrode material mixture is directly bonded to the current collector in a portion where the conductive adhesive layer is not coated, Can be minimized.
하나의 구체적인 예에서, 상기 집전체는 금속 호일일 수 있고, 구체적으로 예를 들면, 상기 금속 호일은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 또한, 금속 호일의 두께는 5 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있고, 상세하게는 100 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있으며, 더욱 상세하게는 150 ㎛일 수 있다.In one specific example, the current collector may be a metal foil. Specifically, for example, the metal foil may be made of at least one selected from the group consisting of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, . Further, the thickness of the metal foil may be from 5 탆 to 400 탆, more specifically from 100 탆 to 200 탆, and more specifically, to 150 탆.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 물질은 카본 블랙(carbon black)계 물질일 수 있고, 상세하게는, 상기 카본 블랙계 물질은, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼니스 블랙, 오일-퍼니스 블랙, 콜럼비아 탄소, 채널 블랙, 램프 블랙, 및 서머 블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 카본 블랙계 물질은, 평균 입경이 10 나노미터 내지 500 나노 미터일 수 있고, 상세하게는 80 나노미터 초과 내지 200 나노미터 미만일 수 있으며, 더욱 상세하게는 100 나노미터일 수 있다.In one specific example, the conductive material may be a carbon black based material, and in particular, the carbon black based material may be selected from acetylene black, ketjen black, furnace black, oil-furnace black, Channel black, lamp black, and summer black. In addition, the carbon black-based material may have an average particle diameter of 10 nanometers to 500 nanometers, more specifically, more than 80 nanometers and less than 200 nanometers, and more specifically, 100 nanometers.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고분자 물질은 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌부타디인 고무, 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In one specific example, the polymeric material is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene May be one or more selected from the group consisting of ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.
또한, 상기 카본 블랙계 물질 및 고분자 물질의 함량비는 중량비로 1 : 1 내지 100 : 1의 범위일 수 있으며, 상세하게는 중량비로 1 : 1 내지 10 : 1일 수 있으며, 더욱 상세하게는 1 : 1일 수 있다. 구체적으로, 카본 블랙계 물질이 1 : 1 비율보다 적어지면 도전성 접착층의 저항이 증가하여 전지의 성능이 저하되고, 반대로 카본 블랙계 물질이 100 : 1의 범위를 넘을 경우, 접착층의 접착력이 너무 작아 양극 합제의 집전체로 분리되는 현상을 방지하기 어렵다.The weight ratio of the carbon black-based material to the polymeric material may be in the range of 1: 1 to 100: 1, more specifically, 1: 1 to 10: 1, : May be one. Specifically, if the proportion of the carbon black based material is less than 1: 1, the resistance of the conductive adhesive layer increases to deteriorate the performance of the battery. Conversely, if the carbon black based material exceeds 100: 1, It is difficult to prevent the phenomenon of separation into the collector of the positive electrode mixture.
또한, 상기 고분자 물질은 증점제를 더 포함할 수 있고, 상기 고분자 물질과 증점제의 함량비는 중량비로 30 : 20 내지 35 : 15의 범위일 수 있다.In addition, the polymer material may further include a thickener, and the content ratio of the polymer material and the thickener may be in a range of 30:20 to 35:15 by weight.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 접착층의 코팅 두께는 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있고, 상세하게는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있으며, 더욱 상세하게는 2 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 즉, 도전성 접착층의 코팅 두께가 0.1 ㎛미만일 경우, 소정 이상의 접착력을 발휘하지 못해 도전성 접착층의 형성에 따른 결합력 향상을 기대할 수 없고, 반대로 20 ㎛를 초과할 경우, 도전성 접착층에 의한 내부 저항이 상승하여 전지의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.In one specific example, the thickness of the coating of the conductive adhesive layer may be from 0.1 mu m to 20 mu m, more specifically from 1 mu m to 10 mu m, and more specifically from 2 mu m to 5 mu m. That is, when the coating thickness of the conductive adhesive layer is less than 0.1 탆, the adhesion strength can not be exerted to a predetermined level or higher and the improvement in the bonding strength due to the formation of the conductive adhesive layer can not be expected. On the other hand, The performance of the battery may be deteriorated.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 접착층은 양극 합제와의 접착력이 3 gf/cm 내지 200 gf/cm일 수 이고, 상세하게는 50 gf/cm 내지 100 gf/cm일 수 있으며, 더욱 상세하게는 70 gf/cm 내지 80 gf/cm일 수 있다. 구체적으로, 접착력이 3 gf/cm 미만일 경우, 예를 들면 전지의 충방전으로 인해 전극조립체의 부피변화에 따른 양극 합제가 집전체와의 분리되는 형상을 방지할 수가 없고, 반대로, 200 gf/cm를 초과할 경우, 접착력이 너무 커 도전성 접착층을 코팅하는 과정에서 작업에 어려움이 있을 수 있다.In one specific example, the conductive adhesive layer may have an adhesive force of 3 gf / cm 2 to 200 gf / cm 2, more specifically 50 gf / cm 2 to 100 gf / cm 2, gf / cm to 80 gf / cm. Specifically, when the adhesive force is less than 3 gf / cm, for example, the shape of separating the positive electrode mixture from the current collector due to the change in the volume of the electrode assembly due to charge / discharge of the battery can not be prevented. Conversely, , The adhesive force is too large, and there may be difficulties in the operation of coating the conductive adhesive layer.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 접착층은 1 mOhm/sq 내지 100 Ohm/sq의 면저항을 가질 수 있고, 상세하게는 100 mOhm/sq 내지 50 Ohm/sq일 수 있으며, 더욱 상세하게는 1 Ohm/sq 내지 10 Ohm/sq일 수 있다.In one specific example, the conductive adhesive layer may have a sheet resistance of 1 mOhm / sq to 100 Ohm / sq, more specifically from 100 mOhm / sq to 50 Ohm / sq, and more specifically 1 Ohm / sq To 10 Ohm / sq.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 접착층의 코팅층은 집전체 전체 면적을 기준으로 5% 내지 95%의 코팅 면적으로 도포되어 있을 수 있고, 상세하게는 30% 내지 70%일 수 있으며, 더욱 상세하게는 35% 내지 60%일 수 있다. 구체적으로, 도전성 접착층의 코팅 면적이 집전체 전체 면적을 기준으로 5% 미만인 경우, 양극 합제를 집전체에 접착 고정되는 면적이 적어 양극 합제가 집전체와의 분리되는 형상을 방지할 수가 없고, 반대로 95% 이상인 경우 양극 합제가 집전체와 직접적으로 접합되어 있는 면적이 적어 도전성 접착층의 추가로 인한 전기 전도성의 저하를 최소화할 수 있는 효과를 발휘하기 어렵다In one specific example, the coating layer of the conductive adhesive layer may be applied with a coating area of 5% to 95% based on the total area of the current collector, specifically, 30% to 70% 35% to 60%. Specifically, when the coated area of the conductive adhesive layer is less than 5% based on the total area of the current collector, the area where the positive electrode mixture is adhered and fixed to the current collector is small and the shape in which the positive electrode mixture is separated from the current collector can not be prevented. If it is 95% or more, it is difficult to exert the effect of minimizing the deterioration of the electrical conductivity due to the addition of the conductive adhesive layer because the area where the positive electrode mixture is directly bonded to the current collector is small
하나의 구체적인 예에서, 상기 패턴은 양극 합제가 도포되는 평면 범위 내에서 평면상으로 복수의 스트립 형상들이 양극 합제가 집전체 상에 반복적으로 형성되어 있는 형상일 수 있고, 이때, 상기 스트립 형상은 집전체 상에 양극 합제가 도포되는 방향과 동일한 방향으로 도포되어 길게 형성될 수 있다. 즉, 일측 방향으로 길게 형성된 시트 형태의 집전체 상에 연속적으로 양극 합제가 도포되는 제조 공정일 경우, 도전성 접착층의 코팅은 제조의 효율성을 높이기 위해 양극 합제가 집전체 상에 도포되는 방향과 동일한 것이 바람직하므로, 도전성 접착층의 스트립 형상은 집전체 상에 양극 합제가 도포되는 방향과 동일한 방향으로 도포되어 길게 형성되는 것이 적합하다.In one specific example, the pattern may be a shape in which a plurality of strip shapes are repeatedly formed on a current collector on a flat surface within a plane range to which the positive electrode mixture is applied, It may be formed in a long form by being coated in the same direction as the direction in which the positive electrode mixture is applied to the whole phase. That is, in the case of a manufacturing process in which a positive electrode mixture is applied continuously on a sheet-like current collector formed in a long direction in one direction, the coating of the conductive adhesive layer is preferably performed in the same direction as the direction in which the positive electrode mixture is applied on the current collector It is preferable that the strip shape of the conductive adhesive layer is formed in a long form by being coated on the current collector in the same direction as the direction in which the positive electrode mixture is applied.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 패턴은 평면상으로 복수의 아일랜드 형상들이 등간격으로 형성되어 있는 형상일 수 있다. 구체적으로, 이러한 아일랜드 형상은 평면상으로 정사각형 또는 직사각형일 수 있고, 이러한 아일랜드 형상들이 등간격으로 형성되어 있어, 도전성 접착층의 접착력을 집전체 상에서 전반적으로 고르게 발휘할 수 있다. In another specific example, the pattern may be a shape in which a plurality of island shapes are formed at regular intervals on a plane. Specifically, such an island shape may be a square or a rectangle in plan view, and these island shapes are formed at regular intervals, so that the adhesive force of the conductive adhesive layer can be exerted evenly on the current collector as a whole.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 활물질로 하기 화학식 1로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.In one specific example, the cathode active material may include a lithium metal oxide having a spinel structure represented by the following formula (1).
LixMyMn2-yO4-zAz (1) Li x M y Mn 2 - y O 4 - z z (1)
상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이고, Wherein 0 < y < 2, 0 z < 0.2,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, ;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.A is one or more of an anion of -1 or -2.
본 발명은 또한, 상기 이차전지용 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the positive electrode for the secondary battery.
본 발명은 또한, 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공할 수 있다.The present invention can also provide a battery pack characterized by including a lithium secondary battery as a unit cell.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공할 수 있고, 상기 디비이스는 예를 들면, 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전동 공구; 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention can also provide a device including the battery pack, wherein the device is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a hybrid electric vehicle An electric vehicle including a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); Power tools; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 이차전지용 양극은, 이차전지용 양극의 집전체의 일면 또는 양면 상에 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층을 형성시킴으로써, 도전성 접착층 상에 도포된 양극 합제의 구조에 의해 양극 합제와 집전체 사이의 접착력을 크게 향상시킬 수 있고, 접착력 저하로 인한 양극 합제의 박리 현상, 전지의 내부 저항 증가, 전지 특성 저하를 방지할 수 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 양극 합제가 직접 도포되어 있는 구조로 형성됨에 따라, 도전성 접착층이 코팅되어 있지 않는 부분에서 양극 합제가 집전체에 직접 접합함으로써, 도전성 접착층의 추가로 인한 전기 전도성의 저하를 최소화할 수 있는 효과를 발휘한다.As described above, the positive electrode for a secondary battery of the present invention is formed by forming a conductive adhesive layer in which a mixture containing a conductive material and a high molecular material is pattern-coated on one surface or both surfaces of a collector of a positive electrode for a secondary battery, It is possible to greatly improve the adhesive force between the positive electrode material mixture and the current collector by the structure of the positive electrode material mixture and to prevent the deterioration of the positive electrode material mixture due to the lowering of the adhesion force, The positive electrode material mixture is directly applied on the current collector in the portion where the conductive adhesive layer is not coated, so that the positive electrode material mixture is directly bonded to the current collector in a portion where the conductive adhesive layer is not coated, Can be minimized.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지용 양극을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 3은 도 2의 평면도의 모식적인 A-A'단면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 이차전지용 양극을 나타낸 모식적인 평면도이다.1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch type secondary battery;
2 is a schematic plan view showing a cathode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a schematic A-A 'cross-sectional view of the top view of Figure 2;
4 is a schematic plan view showing a cathode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지용 양극(100)을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 평면도의 A-A' 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 2 is a plan view schematically showing an
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지용 양극(100)은, 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 합제(130)가 집전체(110)의 일면에 도포되어 있는 이차전지용 양극(100)이다.2, an
또한, 이차전지용 양극(100)의 집전체(110)의 일면 상에는 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층(120)이 도포되어 있다.A conductive
이러한 패턴 코팅된 도전성 접착층(120)에 의해, 양극 합제(130)는 도전성 접착층(120)이 도포된 부위에서는 도전성 접착층(120) 상에 도포되어 있으며, 도전성 접착층(120)이 도포되지 않은 부위에서는 집전체(110) 상에 직접 도포되어 있는 구조로 형성되게 된다.The
또한, 도전성 접착층(120)의 패턴은 양극 합제(130)가 도포되는 평면 범위 내에서 평면상으로 복수의 스트립 형상들이 집전체(110) 상에 반복적으로 형성되어 있는 형상이고, 이때, 스트립 형상은 집전체(110) 상에 양극 합제(130)가 도포되는 방향과 동일한 방향(S)으로 도포되어 길게 형성되어 있다.The pattern of the conductive
여기서, 집전체(110)는 알루미늄 합금 호일이고, 호일의 두께는 150 ㎛이다.Here, the
또한, 도전성 물질은 카본 블랙계 물질인 수퍼-P가 사용되었고, 또한, 카본 블랙계 물질은, 평균 입경이 10 나노미터 내지 500 나노미터이다.Super-P, which is a carbon black-based material, was used as the conductive material, and the carbon black-based material had an average particle diameter of 10 nanometers to 500 nanometers.
또한, 고분자 물질은 폴리불화비닐리덴이며, 카본 블랙계 물질 및 고분자 물질의 함량비는 중량비로 1 : 1 내지 100 : 1의 범위이다.Further, the polymer material is polyvinylidene fluoride, and the content ratio of the carbon black material and the polymer material is in the range of 1: 1 to 100: 1 by weight.
또한, 고분자 물질은 증점제를 더 포함하고 있고, 고분자 물질과 증점제의 함량비는 중량비로 30 : 20 내지 35 : 15의 범위이다.Further, the polymer material further contains a thickener, and the content ratio of the polymer material and the thickener is in the range of 30:20 to 35:15 by weight.
도전성 접착층(120)의 코팅 두께는 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛이다.The coating thickness of the conductive
도전성 접착층(120)은 양극 합제(130)와의 접착력이 3 gf/cm 내지 200 gf/cm이다.The conductive
도전성 접착층(120)은 1 mOhm/sq 내지 100 Ohm/sq의 면저항을 가지고 있다.The conductive
도전성 접착층(120)의 코팅층은 집전체(110) 전체 면적을 기준으로 30% 내지 70%의 코팅 면적으로 도포되어 있다.The coating layer of the conductive
도 4에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 이차전지용 양극(200)을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a plan view schematically illustrating an
도 4를 참조하면, 집전체(210) 상에 평면상으로 복수의 아일랜드 형상들이 등간격으로 형성되어 있는 패턴으로 도전성 접착층(220)이 형성되어 있고, 양극 합제(230)가 도전성 접착층(220)과 집전체(210) 상에 형성되어 있다.4, a conductive
앞서 도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 이차전지용 양극은, 이차전지용 양극의 집전체의 일면 또는 양면 상에 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층을 형성시킴으로써, 도전성 접착층 상에 도포된 양극 합제의 구조에 의해 양극 합제와 집전체 사이의 접착력을 크게 향상시킬 수 있는 바, 접착력 저하로 인한 양극 활물질의 박리 현상, 전지의 내부 저항 증가, 전지 특성 저하를 방지할 수 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 양극 합제가 직접 도포되어 있는 구조로 형성됨에 따라, 도전성 접착층이 코팅되어 있지 않는 부분에서 양극 합제가 집전체에 직접 접합함으로써, 도전성 접착층의 추가로 인한 전기 전도성의 저하를 최소화할 수 있는 효과를 발휘한다.As described above with reference to the drawings, the positive electrode for a secondary battery according to the present invention includes a conductive adhesive layer formed by pattern-coating a mixture containing a conductive material and a polymeric material on one surface or both surfaces of a current collector for a secondary battery, The adhesive force between the positive electrode mixture and the current collector can be greatly improved by the structure of the positive electrode mixture applied on the negative electrode active material layer, and the peeling of the positive electrode active material due to the decrease in the adhesion force, the increase in the internal resistance of the battery, And the positive electrode mixture is directly applied on the current collector at the portion where the conductive adhesive layer is not applied. Therefore, in the portion where the conductive adhesive layer is not coated, the positive electrode mixture is directly bonded to the current collector, The effect of minimizing the deterioration of the electrical conductivity due to the contact resistance can be obtained.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (21)
상기 집전체의 일면 또는 양면 상에는 도전성 물질과 고분자 물질을 포함하는 혼합물이 패턴 코팅된 도전성 접착층이 도포되어 있고;
상기 패턴 코팅에 의해, 양극 합제는 도전성 접착층이 도포된 부위에서는 도전성 접착층 상에 도포되어 있으며, 도전성 접착층이 도포되지 않은 부위에서는 집전체 상에 직접 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.A positive electrode for a secondary battery in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a binder and a conductive material is applied to a current collector,
A conductive adhesive layer on which a mixture of a conductive material and a polymer material is pattern-coated is applied on one side or both sides of the current collector;
Wherein the positive electrode mixture is coated on the conductive adhesive layer at the portion where the conductive adhesive layer is applied and directly on the current collector at the portion where the conductive adhesive layer is not applied by the pattern coating.
LixMyMn2-yO4-zAz (1)
상기 식에서, 0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이고,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material comprises a lithium metal oxide having a spinel structure represented by the following Formula 1:
Li x M y Mn 2 - y O 4 - z z (1)
Wherein 0 < y < 2, 0 z < 0.2,
M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, ;
A is one or more of an anion of -1 or -2.
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