KR100965276B1 - 도전제의 분산성이 향상된 음극 슬러리 및 그로부터 제조된리튬 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함하는 음극 합제를 용매에 분산시킨 이차전지용 음극 슬러리로서, 슬러리 제조용 용매에 대한 친화성 도메인과 카본계 도전제에 대한 친화성 도메인을 하나의 분자내에 함께 가지고 있고 상기 도메인 각각이 비이온성 구조로 이루어져 있는 블록 공중합체가 상기 도전제의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 200 중량%로 포함되어 있는 것으로 구성된 음극 슬러리를 제공한다.

상기 음극 슬러리는 음극 슬러리 제조용 용매에 대한 도전제의 분산성을 향상시킴으로써, 음극 합제 중 도전제의 불균일한 분포에 따른 문제점, 즉, 전지의 레이트 특성 저하, 전압 강하, 전극에서의 빠른 리튬 금속 석출 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있고, 분산성 향상을 목적으로 첨가된 블록 공중합체는 전지의 전기화학적 반응에 관여하지 않음으로써 부반응을 유발하지 않는다.

Description

도전제의 분산성이 향상된 음극 슬러리 및 그로부터 제조된 리튬 이차전지 {Negative Electrode Slurry Containing Conductive Agent of Improved Dispensability and Lithium Secondary Battery Prepared Therewith}

도 1 및 2는 실시예 1의 전지와 비교예 1의 전지에 대해 코인 하프 셀 테스트(coin half cell test)를 수행한 결과를 나타낸 그래프들이다;

도 3 및 4는 실시예 2의 전지와 비교예 2의 전지에 대해 레이트 특성과 사이클 성능을 확인하는 실험을 수행한 결과를 나타낸 그래프들이다.

본 발명은 도전제의 분산성이 향상된 음극 슬러리 및 그로부터 제조된 리튬 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 음극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함하는 음극 합제를 용매에 분산시킨 이차전지용 음극 슬러리에 있어서, 슬러리 제조용 용매에 대한 도전제의 분산성을 향상시킬 수 있도록, 상기 용매에 대한 친화성 도메인과 상기 도전제에 대한 친화성 도메인을 한 분자내에 함께 가지고 있고 두 도메인이 각각 비이온성 구조로 이루어진 소정량의 블록 공중합체를 포함하고 있는 음극 슬러리와, 그로부터 제조된 리튬 이차전지를 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는 양극 활물질로 LiCoO₂ 등의 리튬 전이금속 산화물과 음극 활물질로 흑연 등의 탄소재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막을 개재시켜, LiPF₆ 등의 리튬염을 가진 비수계 전해질을 함침시켜 제조한다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이 때 비수계 전해질은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.

리튬 이차전지의 음극 활물질로 사용되는 탄소재료는 그 자체로서 도전성을 나타내므로 그 자체로서 사용되기도 하지만, 도전성을 더욱 향상시켜 전지의 작동 효율을 높일 수 있도록, 바람직하게는 흑연, 카본블랙, 금속분말 등의 도전제를 첨가한다. 또한, 음극 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합을 돕기 위하여 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리비닐알코올 등의 결착제를 음극에 더 첨가한다. 이러한 도전제, 결착제 등을 음극 활물질과 함께 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 용매에 혼합하여 슬러리의 형태로 제조하고, 이를 구리 등의 금속박 집전체에 소정의 두께로 도포한 후 건조, 프레스 및 성형하여 이차전지용 음극을 제조한다.

그런데, 음극의 제조시 카본계 도전제를 사용하는 경우, 초기 고점도 믹싱에 의해 음극을 제조하는 과정에서, 카본계 도전제가 NMP 등의 용매에 친화성이 낮기 때문에, 분산성이 떨어져 불균일하게 분포됨으로써 전압 강하가 야기되고, 원활한 리튬 이온의 이동을 차단함으로써 음극의 레이트(rate) 특성의 저하를 가져 온다. 또한, 전지가 충방전 사이클을 반복하면서, 리튬 이온의 이동이 방해되어 리튬 금속의 석출이 촉진되는 결과를 가져온다.

따라서, 일부 선행기술들에서는 슬러리용 용매와 카본계 도전제에 대해 각각 친화성이 높은 분산제를 별도로 첨가함으로써 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하였다. 그러나, 이차전지는 양극과 음극에서 전기화학적 반응이 일어나는 계(system)이며, 이들 선행기술들에서 사용된 분산제들은 이러한 전기화학적 반응에 부분적으로라도 관여함으로써 부반응을 일으킨다는 점에서 근본적인 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은, 전지의 전기화학적 반응에 관여하지 않음으로써 부반 응을 유발하지 않으면서, 음극 슬러리 제조용 용매에 대한 도전제의 분산성을 높여 레이트 특성 저하, 전압 강하, 빠른 리튬 금속 석출 등의 문제점을 해결할 수 있는 음극 슬러리를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이러한 음극 슬러리를 사용하여 제조된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 음극 슬러리는, 음극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함하는 음극 합제를 용매에 분산시킨 이차전지용 음극 슬러리로서, 슬러리 제조용 용매에 대한 친화성 도메인과 카본계 도전제에 대한 친화성 도메인을 하나의 분자내에 함께 가지고 있고 상기 도메인 각각이 비이온성 구조로 이루어져 있는 블록 공중합체가 상기 도전제의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 200 중량%로 포함되어 있는 것으로 구성되어 있다.

음극 슬러리용 용매로는 일반적으로 극성 용매인 NMP 등이 사용되지만 카본계 도전제가 불활성의 표면을 가지고 있어서 용매에 대한 친화성이 매우 낮다. 이러한 낮은 친화성은 분산성의 저하를 유발하므로 앞서 설명한 바와 같은 문제점들을 야기시킨다.

반면에, 본 발명에서는 상기 블록 공중합체가 용매에 대한 친화성 도메인과 불활성의 카본계 도전제에 대한 친화성 도메인을 하나의 분자내에 함께 포함하고 있어서, 슬러리 제조용 용매에 대한 도전제의 분산성을 높여 주고, 그에 따라 전지 의 레이트 특성을 향상시키며 전압 강하 및 리튬 금속 석출을 억제하여 준다.

또한, 분산성 향상을 목적으로 첨가되는 물질(분산제)은 일반적으로 해당 물질의 표면 성질을 이용한 화학적 흡착 또는 물리적 흡착 메커니즘에 의해 분산성을 향상시킨다. 화학적 흡착은 표면의 전자가 이동하여 이온에 의한 상호 작용이나 전자의 공유에 의해 흡착을 유발하지만, 전기화학적으로 양전하 또는 음전하를 띠는 물질은 어떠한 경로로든 전지의 작용에 악영향을 끼칠 가능성이 크다.

반면에, 본 발명에서는 용매에 대한 도전제의 분산성 향상을 목적으로 첨가된 블록 공중합체에서 두 개의 도메인 모두가 비이온성 구조로 이루어져 있으므로, 상기 슬러리를 사용하여 제조된 음극에 상기 블록 공중합체가 잔존하는 때에도 전지의 전기화학적 반응에 관여하지 않아 부반응을 유발하지 않는다.

일반적으로 블록 공중합체는 한 종류의 단량체가 일정량 연결된 쇄(chain) 및 이와는 다른 특징을 갖는 또다른 단량체가 일정량 연결된 쇄가 화학적으로 결합되어 있는 공중합체이다. 본 발명에서의 상기 블록 공중합체는 용매에 큰 친화성을 가지는 단량체로 이루어진 쇄와 카본계 도전제에 큰 친화성을 가지는 단량체로 이루어진 쇄가 화학결합을 이루고 있는 공중합체이다.

상기 블록 공중합체는, 앞서 설명한 바와 같이, 슬러리 제조용 용매에 첨가되는 도전제의 양을 기준으로 0.01 내지 200 중량%로 첨가되며, 바람직하게는 0.5 내지 100 중량%로 첨가된다. 상기 블록 공중합체의 첨가량이 너무 적으면 첨가에 따른 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 너무 많으면 전극의 에너지 밀도가 감소할 뿐만 아니라 전극의 저항증가를 가져오는 문제점이 있으므로 바람직하지 않다.

상기 블록 공중합체의 특히 바람직한 예로는 폴리에스테르-폴리에틸렌글리콜 공중합체를 들 수 있다. 이러한 블록 공중합체는 용매에 대한 친화성 도메인과 카본계 도전제에 대한 친화성 도메인을 모두 포함하고 있다. 이러한 블록 공중합체는 도장 분야에서 안료 등의 분산제로서 알려져 있으며, 대표적으로 DisperBYK^TM, Solsperse^TM 등이 시판되고 있다.

상기 블록 공중합체는 고상의 도전제 및 액상의 용매의 혼합하여 사용하여야 하므로, 불활성의 유기용매에 용해시킨 상태로 슬러리에 부가하는 것이 바람직하다. 이러한 유기용매로는, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 메톡시 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 글리콜에시드, 부틸에스테르, 부틸글리콜, 메틸알킬폴리실록산, 알킬벤젠, 프로필렌글리콜, 크실렌, 모노페닐글리콜, 아랄킬 변성 메틸알킬폴리실록산, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 공중합체, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 공중합체, 폴리아크릴레이트 용액, 알킬벤젠, 디이소부틸케톤, 유기변성 폴리실록산, 부탄올, 이소부탄올, 변성 폴리아크릴레이트, 변성 폴리우레탄, 및 폴리실록산 변성 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 음극 제조용 슬러리에서, 상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 결착제는, 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제는, 다음의 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 하나 또는 둘 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.

상기 도전제는 카본계 도전제로서 음극 합제의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 카본계 도전제는, 다음의 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 수퍼 피(super-p), 토카블랙(toka black), 덴카 블랙(denka black) 등의 카본블랙; 탄소섬유 등을 들 수 있다. 이들은 하나 또는 둘 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.

경우에 따라서는, 음극의 팽창을 억제하는 성분으로서, 상기 음극 합제에 충진제를 선택적으로 더 첨가할 수 있다. 이러한 충진제는 전지에 화학적 변화를 유 발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 슬러리를 사용하여 제조된 음극을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다.

리튬 이차전지의 음극은 상기와 같은 음극 슬러리를 집전체에 일정량 도포하여 건조, 프레스 및 성형하여 제조된다.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 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 합제의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.

리튬 이차전지는 상기와 같은 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 상태로 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.

상기 양극은 양극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함하는 양극 합제를 용매를 사용하여 슬러리로 만들고, 이를 음극의 제조방법에서와 같이 집전체에 일정량 도포하고, 건조, 프레스 및 성형하여 제조한다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 바와 같은 충진제 등을 양극 합제에 더 첨가할 수도 있다.

상기 양극 활물질로는 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 리튬 전이금속 산화물이 사용된다. 그러한 리튬 전이금속 산화물로는, 다음의 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있다.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미 세한 요철을 형성하여 양극 합제의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

상기 비수계 전해질은 비수계 전해액과 리튬으로 이루어져 있다. 비수계 전해액으로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥 사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂) ₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

우선, 소형 믹서에 카본계 도전제로서 아세틸렌 블렉(acetylene black) 20 g과 분산제로서 폴리에스테르-폴리에틸렌글리콜 공중합체 6 g(도전제 함량 대비 약 30 중량%)을 혼합하고, 여기에 결착제로서 PVdF 150 g과 음극 활물질 1800 g을 첨가하여 혼합한 후, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 서서히 첨가하면서 2 시간 동안 교반하여, 고형분을 50 중량%로 맞춘 음극 슬러리를 제조하였다.

이러한 방법으로 제조되어진 음극 슬러리를 구리 호일에 80 ㎛의 두께로 코팅하고 130℃에서 20 분 동안 건조하여 프레스한 뒤 일정한 길이로 잘라 음극을 제조하였다.

상기에서 제조된 음극과 리튬 메탈을 이용하고 그 사이에 분리막으로서 Celgard 2320을 개재시키고 비수계 전해질로서 1M LiPF₆에 EC/EMC계 용액을 함침시켜 코인 셀을 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조되어진 음극 슬러리를 구리 포일에 160 ㎛의 두께로 양면 코팅하여 얻은 음극과 양극으로서 망간계 리튬 금속 산화물을 사용하여 실시예 1의 방법을 바탕으로 4.5 Ah 급 셀을 제조하였다.

[비교예 1]

분산제를 첨가하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코인 셀을 제조하였다.

[비교예 2]

분산제를 첨가하지 않았다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 4.5 Ah 급 셀을 제조하였다

[실험예 1]

상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 전지들에 대해 코인 하프 셀 테스트(coin half cell test)를 수행하여, 그 결과를 도 1 및 2에 나타내었다. 즉, 도 1 및 2에는 본 발명에 따른 전지(실시예 1)의 코인 하프 셀(coin half cell)에 대한 전위 프로파일(voltage profile)과 분산제를 사용하지 않은 전지(비교예 1)의 전위 프로파일을 나타내었다.

도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 전지는 충전시 셀 저항이 감소하여 비교예 1의 전지와 비교할 때 IR drop이 크지 않음을 알 수 있다.

또한, 실시예 2와 비교예 2의 4.5 Ah 급 셀에 대해 레이트(rate) 특성과 사 이클 특성을 확인하는 실험을 수행하여, 그 결과를 하기 표 1과 도 3 및 4에 각각 나타내었다.

실시예 2 및 비교예 2에서와 같은 4.5 Ah 급으로 셀을 제조할 경우, 상기 표 1과 도 3 및 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 2의 전지는 비교예 2의 전지와 비교하여 레이트 특성과 상온 1C에서의 사이클 특성이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극 슬러리는 음극 슬러리 제조용 용매에 대한 도전제의 분산성을 향상시킴으로써, 음극 합제 중 도전제의 불균일한 분포에 따른 문제점, 즉, 전지의 레이트 특성 저하, 전압 강하, 빠른 리튬 금속 석출 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 이러한 분산성 향상을 목적으로 첨가된 블록 공중합체는 전지의 전기화학적 반응에 관여하지 않음으로 써 부반응을 유발하지 않는다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 음극 활물질, 도전제 및 결착제를 포함하는 음극 합제를 용매에 분산시킨 이차전지용 음극 슬러리로서, 슬러리 제조용 용매에 대한 친화성 도메인과 카본계 도전제에 대한 친화성 도메인을 하나의 분자내에 함께 가지고 있고 상기 도메인 각각이 비이온성 구조로 이루어져 있는 블록 공중합체가 상기 도전제의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 200 중량%로 포함되어 있는 것으로 구성되어 있고,

   상기 블록 공중합체는 폴리에스테르-폴리에틸렌글리콜 공중합체이고 불활성의 유기용매에 용해된 상태로 부가되며, 상기 유기용매로는, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 메톡시 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 글리콜에시드, 부틸에스테르, 부틸글리콜, 메틸알킬폴리실록산, 알킬벤젠, 프로필렌글리콜, 크실렌, 모노페닐글리콜, 아랄킬 변성 메틸알킬폴리실록산, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 공중합체, 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 공중합체, 폴리아크릴레이트 용액, 알킬벤젠, 디이소부틸케톤, 유기변성 폴리실록산, 부탄올, 이소부탄올, 변성 폴리아크릴레이트, 변성 폴리우레탄, 및 폴리실록산 변성 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 NMP인 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 상기 도전제의 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 100 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 음극 슬러리.
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8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 따른 음극 슬러리를 사용하여 제조된 음극을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지.

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