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KR101914171B1 - Negative electrode for sodium secondary battery, and sodium secondary battery comprising the same - Google Patents

Negative electrode for sodium secondary battery, and sodium secondary battery comprising the same Download PDF

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KR101914171B1
KR101914171B1 KR1020160061233A KR20160061233A KR101914171B1 KR 101914171 B1 KR101914171 B1 KR 101914171B1 KR 1020160061233 A KR1020160061233 A KR 1020160061233A KR 20160061233 A KR20160061233 A KR 20160061233A KR 101914171 B1 KR101914171 B1 KR 101914171B1
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 나트륨 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 나트륨 이차 전지에 관한 것이다. 상기 음극은 복수개의 기공을 포함하는 다공성 집전체의 적어도 일면 및 상기 기공 내에 음극활물질을 포함함으로써, 전극내 전자분포의 균일화 및 전극 표면적의 증가로 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있다.The present invention relates to a negative electrode for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery including the same. By including the negative electrode active material in at least one surface of the porous collector including a plurality of pores and the negative electrode active material, the current density per unit area can be reduced by uniformizing the electron distribution in the electrode and increasing the surface area of the electrode, The growth can be suppressed and shorting of the battery can be prevented.

Description

다공성 나트륨 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 나트륨 이차 전지 {NEGATIVE ELECTRODE FOR SODIUM SECONDARY BATTERY, AND SODIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a negative electrode for a porous sodium secondary battery, and a sodium secondary battery including the negative electrode. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 나트륨 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 나트륨 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 내 전자분포의 균일화 및 전극 표면적의 증가로 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 또 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있는 나트륨 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 나트륨 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a negative electrode for a sodium secondary battery and a sodium secondary battery including the negative electrode. More particularly, the present invention can reduce the current density per unit area by uniformizing the electron distribution in the electrode and increasing the surface area of the electrode, To a sodium secondary battery and a sodium secondary battery including the same.

최근, 이차 전지는 전력 저장을 위한 대용량전지, 운송 수단에 적용되는 중형 전지 및 휴대용 기기의 전원으로 사용되는 소형 전지에 이르기까지 그 사용 목적에 따라 전지의 형태 및 크기가 변화되어 사용 범위가 확대되고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 그러나, 리튬 이차 전지는 코발트, 니켈, 리튬 등의 희소 금속을 많이 사용하고 있기 때문에, 대형 이차 전지 수요 증대에 따른 상기 희소 금속의 공급이 염려되고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, secondary batteries have been used in a wide range of applications, ranging from large capacity batteries for power storage, mid-sized batteries for transportation, and small batteries used as power sources for portable devices. have. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries having a high energy density and voltage, a long cycle life, and a low self-discharge rate are commercially available and widely used. However, since a lithium secondary battery uses a large amount of rare metals such as cobalt, nickel, and lithium, there is a concern about supply of the rare metal due to an increase in demand for a large secondary battery.

이에 대하여 리튬과 함께 주기율표 1족에 속하는 알칼리 금속으로, 전세계적으로 고른 분포로 풍부하게 매장되어 있으며, 리튬 못지않은 산화-환원 전위값을 가지고, 높은 에너지 밀도를 가지는 차세대 나트륨 이차 전지로 관심이 집중되고 있다. On the other hand, interest is focused on the next-generation sodium secondary battery, which is richly buried in an even distribution throughout the world with an alkali metal belonging to Group 1 of the periodic table together with lithium and has an oxidation-reduction potential value equal to that of lithium and a high energy density .

나트륨 이차 전지는 나트륨 이온을 도핑 및 탈도핑할 수 있는 양극활물질을 포함하는 양극과, 나트륨 이온을 도핑 및 탈도핑할 수 있는 음극활물질을 포함하는 음극, 그리고 나트륨 이온을 함유하는 비수전해질로 구성되며, 리튬 이차 전지의 리튬 이온과 마찬가지로, 나트륨 이온이 전해질을 통해 음극과 양극 사이를 왕복함으로써 전지의 충방전이 일어난다. 음극활물질에 나트륨 이온이 흡장(도핑)되는 것이 충전에 해당하고, 음극활물질로부터 나트륨 이온이 탈리(탈도핑)되는 것이 방전에 해당한다.The sodium secondary battery is composed of a positive electrode containing a positive electrode active material capable of doping and dedoping sodium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of doping and dedoping sodium ions, and a nonaqueous electrolyte containing sodium ions , As in the lithium ion of the lithium secondary battery, the sodium ion reciprocates between the negative electrode and the positive electrode through the electrolyte, thereby charging and discharging the battery. A state in which sodium ions are occluded (doped) in a negative electrode active material corresponds to charging, and a state in which sodium ions are desorbed (de-doped) from a negative electrode active material corresponds to a discharge.

그러나, 나트륨 이온은 리튬 이온보다 사이즈가 커서 확산속도가 느리고 반응 활성 또한 매우 낮다. 이 같은 나트륨 이온의 특성으로 인해 나트륨 이차 전지의 음극에 사용가능한 물질이 제한된다. 구체적으로 나트륨 이차 전지용 전극에 사용가능한 활물질은 일차 입자의 크기가 작아야 하며, 확산속도도 커야 한다. 또, 통상 리튬 이차 전지에서 사용되는 전극 소재를 나트륨 이차 전지에 적용하는 경우 리튬 이차 전지에서 나타내었던 특성에 비하여 용량이 발현되지 않거나, 급격한 용량 퇴화 및 특성 저하를 가져오는 경우가 대부분이다. However, the sodium ion is larger in size than the lithium ion, so that the diffusion rate is slow and the reaction activity is also very low. Due to the nature of such sodium ions, the materials available for the anode of sodium secondary batteries are limited. Specifically, an active material usable for an electrode for a sodium secondary battery should have a small primary particle size and a high diffusion rate. In addition, when an electrode material used in a lithium secondary battery is applied to a sodium secondary battery, the capacity is often not exhibited, or abrupt degradation in capacity and deterioration in characteristics are caused as compared with characteristics exhibited in a lithium secondary battery.

현재까지 연구된 나트륨 이차 전지의 음극 소재는 주로 탄소계 물질, 전이금속 산화물, 금속 나트륨 또는 그 합금, 및 인산염(Phosphate) 등이 있다. 이중에서도 금속 나트륨을 이용한 음극의 경우 용량 밀도가 큰 장점이 있다. 그러나, 충방전의 반복으로 인해 나트륨의 덴드라이트(dendrite)가 성장하여, 세퍼레이터가 파괴되고, 그 결과 전극 상이의 단락을 초래하는 문제가 있다. 이 경우, 충방전 사이클 효율이 급격히 저하하여 전지의 안전성이 저하한다. 이를 해결하기 위해 전지의 동작온도를 나트륨의 융점 보다 낮은 온도에서 설정하여 작동시키는 방법이 제안되었으나, 이 경우 나트륨이 온도 상승에 따라 연화되기 시작하기 때문에 나트륨 음극의 변형을 초래하고, 그 결과 전지의 충방전 사이클 효율(용량 유지율) 및 사이클 특성이 저하되는 문제가 있다.The anode materials of the sodium secondary batteries studied up to now are mainly carbon-based materials, transition metal oxides, metal sodium or its alloys, and phosphates. Among them, the negative electrode using metal sodium has a large capacity density. However, there is a problem that dendrite of sodium grows due to repetition of charging and discharging, and the separator is destroyed, resulting in a short circuit of the electrode phase. In this case, the charge / discharge cycle efficiency is rapidly lowered and the safety of the battery is lowered. In order to solve this problem, a method of operating the battery at a temperature lower than the melting point of sodium was proposed. In this case, since the sodium starts to soften as the temperature rises, it causes deformation of the sodium cathode, There is a problem that the charge-discharge cycle efficiency (capacity retention rate) and cycle characteristics are deteriorated.

1) 일본특허등록 제2916023호 (1999년 4월 16일 등록)1) Japanese Patent Registration No. 2916023 (registered on April 16, 1999)

본 발명의 목적은, 전극내 전자분포의 균일화 및 전극 표면적의 증가로 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 또 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락(short circuit)을 방지할 수 있는 나트륨 이차 전지용 음극을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a sodium secondary battery which can reduce the current density per unit area by uniforming the distribution of electrons in the electrode and increase the surface area of the electrode and can prevent short circuit of the battery by suppressing growth of dendrite Thereby providing a cathode.

본 발명의 다른 목적은 상기 음극을 포함하는 전극조립체 및 나트륨 이차 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode assembly including the negative electrode and a sodium secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 기공을 포함하는 다공성 집전체, 및 상기 다공성 집전체의 상기 기공 내에 위치하는 음극활물질을 포함하며, 상기 음극활물질은 금속 나트륨 및 나트륨 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 나트륨 이차 전지용 음극을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a porous current collector including a plurality of pores; and a negative electrode active material positioned in the pores of the porous current collector, wherein the negative electrode active material is selected from the group consisting of metal sodium and sodium alloys A negative electrode for a sodium secondary battery comprising one or a mixture of two or more of them.

상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체는 상기 복수 개의 기공이 서로 연결되어 이루어진 3차원 망목 기공 구조를 포함하고, 상기 음극활물질은 상기 3차원 망목 기공 구조 내에 위치하며, 다공성 집전체 내에서 3차원 망목 구조를 형성할 수 있다.The negative electrode for a sodium secondary battery according to claim 1, wherein the porous current collector has a three-dimensional network structure in which the plurality of pores are connected to each other, the negative electrode active material is located in the three-dimensional mesh pore structure, A three-dimensional network structure can be formed.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체의 기공도는 50 내지 99부피%이고, 상기 기공의 평균 직경은 5 내지 500㎛일 수 있다.In the negative electrode for a sodium secondary battery, the porosity of the porous collector may be 50 to 99% by volume, and the average diameter of the pores may be 5 to 500 탆.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체는 Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb, 이들의 합금 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In the negative electrode for a sodium secondary battery, the porous collector may be made of at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, , Bi, Si, Sb, an alloy thereof, and a carbon-based material.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 나트륨 합금은 Al, Sn, Bi, Si, Sb, B 및 이들의 합금으로 이루어진 선택되는 어느 하나와 나트륨의 합금일 수 있다.In the negative electrode for a sodium secondary battery, the sodium alloy may be any one selected from the group consisting of Al, Sn, Bi, Si, Sb, B, and alloys thereof, and an alloy of sodium and sodium.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체의 기공 내에, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 더 포함할 수 있다.In the negative electrode for a sodium secondary battery, at least one of Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Al, Sn, Bi, Si, Sb, and alloys thereof.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체의 기공 내에, 바인더를 더 포함할 수 있다.In the negative electrode for a sodium secondary battery, a binder may be further included in the pores of the porous current collector.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체의 적어도 일면에 위치하는 음극활물질층을 더 포함할 수 있다.The negative electrode for a sodium secondary battery may further include a negative electrode active material layer disposed on at least one side of the porous current collector.

또, 상기 음극활물질은 상기 나트륨 이차 전지용 음극 전체 중량 대비 5 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.The negative electrode active material may be included in an amount of 5 to 50% by weight based on the total weight of the negative electrode for a sodium secondary battery.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극은 상기 다공성 집전체 위에 위치하는 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 나트륨 이온전도성 고분자를 포함할 수 있다. In addition, the negative electrode for a sodium secondary battery includes a protective layer disposed on the porous current collector, and the protective layer may include a sodium ion conductive polymer.

또, 상기 나트륨 이온전도성 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP, polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The sodium ion conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO) And a combination thereof.

또, 상기 보호층이 0.1㎛ 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다.The protective layer may have a thickness of 0.1 占 퐉 to 20 占 퐉.

또, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 나트륨의 흡장 및 방출이 가능한 음극활물질을, 용융 함침, 증착, 전기 도금, 롤 프레싱 및 슬러리 도포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여, 복수개의 기공을 포함하는 다공성 집전체의 적어도 일면 및 기공 내로, 도포 및 충진시키는 단계를 포함하고, 상기 음극활물질은 금속 나트륨 및 나트륨 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것인, 상기한 나트륨 이차 전지용 음극의 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, an anode active material capable of sodium insertion and extraction is formed by using at least one method selected from the group consisting of melt infiltration, vapor deposition, electroplating, roll pressing and slurry application , And coating and filling at least one surface of the porous current collector including a plurality of pores and into the pores, wherein the negative electrode active material includes one or a mixture of two or more selected from the group consisting of metal sodium and sodium alloys The present invention also provides a method of manufacturing a negative electrode for a sodium secondary battery as described above.

또, 상기 제조방법은 상기 음극활물질의 도포 및 충진 후, 압착하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method may further include a step of applying the anode active material after the application and filling of the anode active material.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 음극 및 양극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 나트륨 이차 전지용 전극조립체를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrode assembly for a sodium secondary battery, wherein the negative electrode and the positive electrode are alternately stacked with a separator as a boundary.

또, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전극조립체를 포함하는 나트륨 이차 전지를 제공한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a sodium secondary battery including the electrode assembly.

본 발명에 따른 나트륨 이차 전지용 음극은, 음극활물질이 다공성 집전체의 기공 내에 분산되어 포함됨으로써, 전극내 전자가 균일하게 분포될 수 있고, 또 전극 표면적이 증가하여 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있다. The negative electrode for a sodium secondary battery according to the present invention includes the negative electrode active material dispersed in the pores of the porous current collector so that the electrons can be uniformly distributed in the electrode and the electrode surface area can be increased to reduce the current density per unit area , It is possible to suppress the growth of the dendrite and to prevent the battery short circuit.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 이차 전지용 음극은, 복수 개의 기공을 포함하는 다공성 집전체; 및 상기 다공성 집전체의 상기 기공 내에 위치하는 음극활물질을 포함하며, 이때 상기 음극활물질은 금속 나트륨 및 나트륨 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것이다. A negative electrode for a sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes: a porous collector including a plurality of pores; And a negative electrode active material positioned in the pores of the porous current collector, wherein the negative electrode active material includes one or a mixture of two or more selected from the group consisting of metallic sodium and sodium alloys.

일반적으로 나트륨 이차 전지에 있어서의 집전체는 리튬 이차 전지에서와 같이, 활물질의 전기화학반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로 구체적으로 방전시에는 음극으로부터 발생되는 전자를 양극활물질로 공급하고, 충전시에는 양극으로부터 공급되는 전자를 음극활물질로 공급한다. 이에 따라 우수한 집전 효율과 함꼐 전극에 대해 지지체 역할을 할 수 있을 정도의 기계적 강도가 요구된다. In general, the current collector in the sodium secondary battery serves to collect electrons generated by the electrochemical reaction of the active material or to supply electrons necessary for the electrochemical reaction, as in the lithium secondary battery. Specifically, And supplies the electrons supplied from the anode to the anode active material at the time of charging. Accordingly, it is required to have a high current collecting efficiency and a mechanical strength enough to serve as a support for the electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체는 통상의 전극 집전체로서의 기능과 함께, 음극활물질이 충진(또는 함침)될 수 있는 복수 개의 기공을 포함한다. 이에 따라 상기 음극활물질이 다공성 집전체의 적어도 일면, 즉 적어도 하나의 외표면과, 또 집전체 내 분산된 기공에 포함됨으로써, 전극내 전자가 균일하게 분포될 수 있다. 또, 전극 표면적이 증가하여 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있다. In the anode for a sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the porous current collector includes a plurality of pores that can be filled (or impregnated) with a negative electrode active material as well as a function as a general electrode current collector. As a result, the negative electrode active material is included in at least one surface of the porous current collector, that is, at least one external surface, and the pores dispersed in the current collector, so that the electrons in the electrode can be uniformly distributed. Further, the surface area of the electrode is increased, so that the current density per unit area can be reduced, and the growth of the dendrite can be suppressed to prevent the short circuit of the battery.

더 나아가 상기 다공성 집전체 내 포함된 복수 개의 기공들은 서로 연결되어 3차원 망목 구조를 형성할 수도 있다. 이 경우, 기공의 3차원 망목 구조에 따라 기공내 포함되는 활물질 역시 3차원 망목 구조를 형성함으로써, 연속한 전자 이동 경로의 형성으로 전자의 이동이 보다 용이해지고, 그 결과 보다 우수한 전지 특성을 나타낼 수 있다.Furthermore, the plurality of pores included in the porous current collector may be connected to each other to form a three-dimensional network structure. In this case, according to the three-dimensional network structure of the pores, the active material included in the pores also forms a three-dimensional network structure, so that the movement of electrons is facilitated by the formation of a continuous electron transfer path, have.

이와 같은 다공성 집전체의 기공 내 활물질 포함에 따른 개선효과와 함께, 전극 내 지지체로서의 집전체의 기능을 고려할 때, 상기 다공성 집전체는 구체적으로 기공도가 50 내지 99부피%이고, 기공의 평균 직경이 5 내지 500㎛인 것일 수 있다. 또, 이 같은 기공도 및 기공의 평균직경 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 다공성 집전체는 보다 구체적으로는 기공도가 60 내지 80부피%이고, 상기 기공의 평균 직경이 10 내지 200㎛인 것일 수 있다. Considering the function of the current collector as the support in the electrode, the porosity of the porous current collector is specifically 50 to 99% by volume, and the average diameter of the pores May be 5 to 500 mu m. In consideration of the remarkable improvement effect of controlling the average diameter of the pores and the pores, the porosity of the porous collector is more preferably 60 to 80% by volume and the average diameter of the pores is 10 to 100% Mu] m.

또, 상기 다공성 집전체는 Na와 합금화하지 않고 우수한 집전 효율을 나타낼 수 있는 소재, 구체적으로는 Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 또는 이들의 합금과 같은 금속; 카본, 그라파이트 또는 그래핀과 같은 탄소계 물질; 또는 상기 금속과 탄소계 물질의 복합체 또는 다층 적층체를 포함할 수 있다. 이중에서도 나트륨과의 합금 형성이 어렵고, 박막으로의 가공이 용이하다는 점에서, 상기 다공성 집전체는 보다 구체적으로 구리를 포함할 수 있다. The porous collector may be made of a material capable of exhibiting excellent current collecting efficiency without being alloyed with Na, specifically, Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, A metal such as Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb or an alloy thereof; Carbon-based materials such as carbon, graphite or graphene; Or a composite or multilayer laminate of the metal and the carbon-based material. Of these, the porous current collector may more specifically include copper in that it is difficult to form an alloy with sodium and is easily processed into a thin film.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 나트륨 이차 전지용 음극은, 상기한 다공성 집전체의 적어도 일면에 나트륨 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 활물질을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이와 같이 집전체 내에서뿐만 아니라 집전체의 표면 상에도 활물질을 더 포함함으로써 전지 성능을 크게 향상시킬 수 있다. The negative electrode for a sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention may further include an active material capable of storing and releasing sodium ions on at least one surface of the porous current collector. As described above, the performance of the battery can be greatly improved by further including an active material on the surface of the collector as well as in the current collector.

한편, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기한 다공성 집전체의 기공내 포함되는 음극활물질로는, 금속 나트륨 또는 그 합금일 수 있다. 또, 상기 나트륨 합금은 구체적으로 Al, Sn, Bi, Si, Sb, B 및 이들의 합금으로 이루어진 선택되는 어느 하나와 나트륨의 합금일 수 있다.On the other hand, in the negative electrode for a sodium secondary battery, the negative electrode active material contained in the pores of the porous current collector may be metal sodium or an alloy thereof. The sodium alloy may be an alloy of any one selected from the group consisting of Al, Sn, Bi, Si, Sb, B and their alloys and sodium.

또, 상기 음극활물질은 나트륨 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 천연흑연, 인조 흑연, 코크스류, 카본 블랙, 열분해 탄소류, 탄소섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 비정질 하드카본 등과 같은 탄소계 물질; Na2Ti3O, Li4Ti5O12 등과 같은 전이금속 산화물; 금속 나트륨 또는 그 합금; 및 인산염로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 선택적으로 더 포함할 수 있다.The negative electrode active material may be a carbon-based material such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbon materials, carbon fibers, sintered organic polymer compounds, amorphous hard carbon and the like capable of storing and releasing sodium ions; Transition metal oxides such as Na 2 Ti 3 O, Li 4 Ti 5 O 12 and the like; Metal sodium or an alloy thereof; And a phosphate, and optionally a mixture of two or more thereof.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 나트륨 이차 전지용 음극에 있어서, 상기 다공성 집전체의 기공 내에는 상기한 활물질 외에, 전도성 향상을 위해 Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속이 선택적으로 더 포함될 수 있다.In an anode for a sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, and Co are added in the pores of the porous collector in addition to the above- And one or more metals selected from the group consisting of Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb and alloys thereof.

상기 금속은 음극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 포함될 수 있다. The metal may be included in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

또, 상기 나트륨 이차 전지용 음극에는 활물질간 또는 활물질과 다공성 집전체와의 결착력을 높이기 위한 바인더가 더 포함될 수 있다. The negative electrode for a sodium secondary battery may further include a binder for increasing the binding force between the active material and the active material and the porous current collector.

상기 바인더로는 전극 반응을 방해하지 않고, 또 나트륨 이온의 전도를 방해하지 않는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 구체적으로는 폴리비닐알코올(PVA; polyvinyl alcohol), 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드(PEO; polyethylen oxide), 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리올레핀(polyolefine) 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중에서도 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 카르복시메틸셀룰로오스, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. The binder is not particularly limited as long as it does not interfere with the electrode reaction and does not interfere with the conduction of sodium ions. Specific examples thereof include polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose, hydroxypropylcellulose, Polyethylen oxide (PEO), polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene (PTFE), poly (ethylene terephthalate), polyvinyl chloride, polyvinyl chloride, But are not limited to, vinylidene fluoride, polyolefin styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, and nylon. Of these, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose, or a mixture thereof may be used.

상기 바인더는 음극활물질 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함될 수 있다. The binder may be included in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.

상기 음극활물질은 상기 나트륨 이차 전지용 음극 전체 중량 대비 5 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게 10 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 나트륨 이차 전지용 음극의 전체 중량은 상기 다공성 집전체와 상기 음극활물질을 합한 중량일 수 있다. 상기 음극활물질의 함량이 5 중량% 미만인 경우 에너지 밀도가 저하될 수 있고, 50 중량%를 초과하는 경우 덴드라이트 억제 효과가 저하될 수 있다.The negative electrode active material may be included in an amount of 5 to 50% by weight, and preferably 10 to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode for a sodium secondary battery. At this time, the total weight of the negative electrode for a sodium secondary battery may be the combined weight of the porous collector and the negative electrode active material. If the content of the negative electrode active material is less than 5 wt%, the energy density may be lowered, and if it is more than 50 wt%, the dendrite inhibiting effect may be lowered.

상기 나트륨 이차 전지용 음극은 상기 다공성 집전체 위에 위치하는 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 상기 다공성 집전체 일면 또는 양면에 위치할 수 있고, 상기 나트륨 이차 전지용 음극이 상기한 바와 같이 다공성 집전체의 적어도 일면에 나트륨 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 활물질을 선택적으로 더 포함하는 경우, 상기 다공성 집전체의 일면에 위치하는 활물질의 표면에 위치할 수도 있다.The negative electrode for a sodium secondary battery may further include a protective layer disposed on the porous current collector. The protective layer may be located on one side or both sides of the porous current collector and the negative electrode for a sodium secondary battery may further include an active material capable of storing and releasing sodium ions on at least one surface of the porous current collector as described above And may be located on the surface of the active material located on one side of the porous current collector.

이때, 상기 보호층은 나트륨 이온전도성 고분자를 포함한다. 상기 나트륨 이온전도성 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP, polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 고분자는 전해질에 팽윤(swelling) 되어 구동되므로 고분자 자체로 이온 교환이 가능하다.At this time, the protective layer includes a sodium ion conductive polymer. The sodium ion conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO) The polymer can be ion-exchanged with the polymer since the polymer is swelled into an electrolyte and driven.

또, 상기 보호층은 0.1㎛ 내지 20㎛의 두께를 갖는 것일 수 있고, 보호층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우에는 공정 중 수분의 차단이 어려울 수 있고, 20㎛ 초과인 경우에는 저항으로 인해 전지의 출력 특성이 저하될 수 있다.In addition, if the thickness of the protective layer is less than 0.1 탆, it may be difficult to block moisture during the process. If the thickness exceeds 20 탆, The output characteristics may be degraded.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 나트륨 이차 전지용 음극은, 다공성 집전체의 기공내 활물질이 함침 또는 충진됨에 따라 낮은 합제 밀도를 나타낸다. 구체적으로 상기 음극의 합제 밀도는 0.80 내지 1.25 g/cm3이며, 보다 구체적으로는 0.90 내지 1.15 g/cm3일 수 있다. The negative electrode for a sodium secondary battery according to an embodiment of the present invention having the above-described structure exhibits a low additive density as a pore-active material of the porous current collector is impregnated or filled. Specifically, the mixture density of the negative electrode may be 0.80 to 1.25 g / cm 3 , more specifically 0.90 to 1.15 g / cm 3 .

또, 상기 음극의 두께는 25 내지 1300㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로는 50 내지 1000㎛일 수 있다. In addition, the thickness of the cathode may be 25 to 1300 탆, more specifically 50 to 1000 탆.

상기와 같은 나트륨 이차 전지용 음극은, 복수개의 기공을 포함하는 다공성 집전체를 준비하는 단계; 나트륨 이온의 흡장 및 방출이 가능한 음극활물질을 용융 함침, 전기 도금, 증착, 롤 프레싱 및 슬러리 도포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 다공성 집전체의 적어도 일면 및 기공 내에 도포 및 충진시키는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 나트륨 이차 전지용 음극의 제조방법이 제공된다.The negative electrode for a sodium secondary battery includes: preparing a porous current collector including a plurality of pores; The negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating sodium ions is applied to at least one surface and pores of the porous current collector by using at least one method selected from the group consisting of melt infiltration, electroplating, vapor deposition, roll pressing and slurry application. And a filling step. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the negative electrode for a sodium secondary battery.

상세하게는, 상기 제조방법에 있어서, 단계 1은 다공성 집전체를 준비하는 단계이다. Specifically, in the above production method, step 1 is a step of preparing a porous current collector.

상기 다공성 집전체는 앞서 설명한 바와 같은 종류 및 물성적 특성을 구현하도록 수행하는 것 외에는 통상의 다공성 집전체의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.The porous current collector may be manufactured according to a conventional method for producing a porous current collector, except that the porous current collector is performed so as to realize the kind and physical property as described above.

또, 상기 제조방법에 있어서, 단계 2는 용융 함침, 전기 도금, 증착, 및 슬러리 도포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 단계 1에서 제조한 다공성 집전체의 기공 내에 음극활물질을 충진시키는 단계이다.In the above manufacturing method, step 2 may be carried out by using at least one method selected from the group consisting of melt infiltration, electroplating, vapor deposition, and slurry application, .

상기 용융 함침, 전기 도금, 증착, 및 슬러리 도포는 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다.The melt infiltration, electroplating, vapor deposition, and slurry application may be performed according to a conventional method.

구체적으로 상기 증착은 가열 증착법, 전자선 증착법, 이온선 증착법, 스퍼터링법, 아크 증착법 및 레이저 어블레이션 증착법 등과 같은 물리적 증착 방법에 의해 수행될 수 있다.Specifically, the deposition can be performed by a physical vapor deposition method such as a thermal evaporation method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a sputtering method, an arc evaporation method, and a laser ablation evaporation method.

또, 상기 슬러리 도포는 활물질을 용매에 페이스트화하여 도포하거나, 활물질과 도전재, 바인더 등을 함께 혼합하여 페이스트화한 후 도포함으로써 수행될 수 있다. 이때 상기 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 비프로톤성 극성 용매, 이소프로필 알코올, 에틸 알코올 혹은 메틸 알코올 등의 알코올류, 프로필렌글리콜디 메틸에테르 등의 에테르류, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 또는 메틸 이소부틸 케톤 등의 케톤류 등을 들 수 있다. 또, 상기 도포 공정은 닥터 블레이드법, 슬릿 다이 도공법, 스크린도공법, 커튼도공법, 나이프 도공법, 그라비어도공법, 정전 스프레이법 등의 방법을 들 수 있다.The slurry may be applied by pasting the active material into a solvent or by mixing the active material with a conductive material, a binder, etc., and then applying the paste to the paste. Examples of the solvent include aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, alcohols such as isopropyl alcohol, ethyl alcohol or methyl alcohol, ethers such as propylene glycol dimethyl ether, acetone, methyl ethyl And ketones such as ketone or methyl isobutyl ketone. Examples of the coating method include a doctor blade method, a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spraying method.

또, 상기 제조방법은 고밀도의 전극 제조를 위하여 상기 단계 2에서의 음극활물질의 충진 후, 압착하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the manufacturing method may further include a step of filling the negative electrode active material in step 2, followed by pressing, in order to manufacture a high-density electrode.

상기 압착 공정은 통상 전극의 제조시 사용되는 압착 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 구체적으로는 10kg/cm2 내지 100 ton/cm2 의 압력으로 롤프레스 또는 판상프레스 함으로써 수행될 수 있다.The squeezing process may be performed by using a squeezing method commonly used in the production of electrodes, and specifically, by performing roll pressing or plate pressing at a pressure of 10 kg / cm 2 to 100 ton / cm 2 .

상기와 같은 제조방법에 의해 다공성 집전체의 외표면 뿐만 아니라, 다공성 집전체의 기공 내로 활물질이 침투, 충진됨으로써, 전극내 전자분포의 균일화 및 전극 표면적의 증가로 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있으며, 이에 따라 전지의 용량 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 상기 전극집전체가 다공성이기 때문에 나트륨 이온의 이동속도 저하에 대한 우려가 없으며, 특히 대형전지에서 그 효과가 크게 증대될 수 있다.By the above-described manufacturing method, the active material penetrates and fills not only the outer surface of the porous current collector but also the pores of the porous current collector, whereby the current density per unit area can be reduced by uniformizing the electron distribution in the electrode and increasing the surface area of the electrode , It is possible to prevent the short circuit of the battery by suppressing the growth of the dendrite, thereby improving the capacity and lifetime characteristics of the battery. In addition, since the electrode current collector is porous, there is no fear that the moving speed of the sodium ion is lowered, and in particular, the effect can be greatly increased in a large-sized battery.

이에 따라 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 음극을 포함하는 나트륨 이차 전지용 전극조립체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly for a sodium secondary battery including the negative electrode.

구체적으로, 상기 전극조립체는 양극 및 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 것으로, 이때 상기 음극은 앞서 설명한 바와 같다.Specifically, the electrode assembly has the positive electrode and the negative electrode alternately stacked with the separator as a boundary, and the negative electrode is as described above.

또, 상기 전극조립체에 있어서, 양극은 양극집전체 및 상기 양극집전체의 적어도 일면에 위치하는 양극활물질층을 포함한다. In the electrode assembly, the positive electrode includes a positive electrode collector and a positive electrode active material layer disposed on at least one surface of the positive electrode collector.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, carbon, nickel, titanium, , Silver or the like may be used. In addition, the cathode current collector may have a thickness of 3 to 500 탆, and fine unevenness may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive force of the cathode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

또, 상기 양극활물질층은 양극활물질을 포함하고, 선택적으로, 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.In addition, the cathode active material layer includes a cathode active material, and optionally, a conductive material and a binder.

상기 양극활물질로는 구체적으로 NaxCoO2, NaxCo2/3Mn1/3O2, NaxFe1/2Mn1/2O2, NaCrO2, NaLi0.2Ni0.25Mn0.75O2.35, Na0.44MnO2, NaMnO2, Na2Fe5Si12O30, Na0.7VO2, 또는 Na0.33V2O5 등과 같은 나트륨 금속산화물(이때, 0<x≤1); Na3V2(PO4)3, NaFePO4, NaMn0.5Fe0.5PO4, Na3V2(PO4)3 , Na3Fe2(PO4)3 등과 같은 나트륨 금속인산화물; Na2FePO4F, Na3V2(PO4)3 등과 같은 나트륨 금속 불화인산화물; 또는 NaFeSO4F 등과 같은 나트륨 금속 불화황산화물; NaFeO2, NaMnO2, NaNiO2 및 NaCoO2 등과 같은 나트륨-전이금속의 복합금속 산화물; Na3FeF6 또는 Na2MnF6 등의 나트륨 금속 불화물; NaFeBO4, 또는 Na3Fe2(BO4)3 등의 나트륨금속 붕산염; TiS2, ZrS2, VS2, V2S2, TaS2, FeS2 또는 NiS2 와 같은 칼코겐 화합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 Fe를 포함하는 화합물은 전지내 전해질의 온도 상승시에도 전이금속 이온의 용출을 억제할 수 있고, 그 결과 나트륨 이차 전지의 사이클 특성 및 방전용량 유지율을 개선시킬 수 있다. 또, TiS2, ZrS2, 등의 칼코겐 화합물은 나트륨 이온의 흡장 및 탈리 속도가 빠르고, 금속 나트륨 또는 그 합금계 음극 활물질과의 조합 사용시 음극보다 높은 전위로 나트륨 이온을 흡장 및 탈리할 수 있어 더욱 증가된 반응성을 나타낼 수 있다. As the cathode active material, Na x CoO 2 , Na x Co 2/3 Mn 1/3 O 2 , Na x Fe 1/2 Mn 1/2 O 2 , NaCrO 2 , NaLi 0.2 Ni 0.25 Mn 0.75 O 2.35 , Sodium metal oxides such as Na 0.44 MnO 2 , NaMnO 2 , Na 2 Fe 5 Si 12 O 30 , Na 0.7 VO 2 , or Na 0.33 V 2 O 5 (where 0 <x≤1); Oxides such as Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 , NaFePO 4 , NaMn 0.5 Fe 0.5 PO 4 , Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Na 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 and the like; Na 2 FePO 4 F, Na 3 V 2 (PO 4 ) 3, and the like; Sodium or metal fluoride such as sulfur oxides NaFeSO 4 F; Composite metal oxide of the transition metal - NaFeO 2, NaMnO 2, NaNiO 2 and 2 NaCoO sodium and the like; Sodium metal fluorides such as Na 3 FeF 6 or Na 2 MnF 6 ; Sodium metal borates such as NaFeBO 4 , or Na 3 Fe 2 (BO 4 ) 3 ; And chalcogen compounds such as TiS 2 , ZrS 2 , VS 2 , V 2 S 2 , TaS 2 , FeS 2 or NiS 2, and any one or a mixture of two or more of them may be used. Among them, the Fe-containing compound can suppress the elution of the transition metal ions even when the temperature of the electrolyte in the battery is increased, and as a result, the cycle characteristics and the discharge capacity retention rate of the sodium secondary battery can be improved. In addition, chalcogen compounds such as TiS 2 , ZrS 2 , and the like can store and desorb sodium ions at a higher potential than the negative electrode when used in combination with metal sodium or its alloy based negative active material, And can exhibit further increased reactivity.

또, 상기 바인더는 양극활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the binder plays a role of attaching the positive electrode active material particles to each other well and attaching the positive electrode active material to the current collector well. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, Polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, Butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like.

또, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black , Ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, and silver, metal fibers, and the like, and conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used alone or in combination.

상기와 같은 구조를 갖는 양극은 상기한 양극활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극활물질층 형성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다.The positive electrode having the above structure can be produced according to a conventional positive electrode manufacturing method, except that the positive electrode active material is used. Specifically, the positive electrode active material layer forming material containing the positive electrode active material, the binder and the conductive material may be coated on the positive electrode current collector, followed by drying and rolling.

한편, 상기 전극조립체에 있어서, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되어 양극 및 음극 사이를 절연시켜 전극의 내부 단락을 차단하고, 전해액을 함침하는 역할을 한다. Meanwhile, in the electrode assembly, the separation membrane is interposed between the positive electrode and the negative electrode to insulate the positive electrode from the negative electrode, thereby interrupting the internal short circuit of the electrode and impregnating the electrolyte.

상기 분리막으로는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 전지의 부피 에너지 밀도가 높아지고, 내부저항이 작아지기 때문에 기계적 강도가 유지되는 한 얇을수록 바람직할 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막의 기공 직경은 0.01㎛ 내지 10㎛이고, 공기투과도는 50 내지 300초/100cc이며, 두께는 5㎛ 내지 310㎛일 수 있다. As the separation membrane, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength can be used. The thickness of the separator may be preferably as thin as long as the mechanical strength is maintained because the volume energy density of the battery becomes high and the internal resistance becomes small. Specifically, the separation membrane may have a pore diameter of 0.01 to 10 탆, an air permeability of 50 to 300 sec / 100 cc, and a thickness of 5 to 310 탆.

또한, 상기 분리막으로는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용가능하다. 구체적으로는, 내화학성 및 소수성의 고분자 수지, 또는 유리 섬유 등을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The separator may be any of those generally used in the art. More specifically, it is possible to use a polymer resin having a chemical resistance and a hydrophobic property, or a glass fiber, and more specifically, a high-density polyethylene, a low density polyethylene, a linear low density polyethylene, a ultra high molecular weight polyethylene, a polypropylene, a polyethylene terephthalate, But are not limited to, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfrode, polyethylenenaphthalene, and copolymers thereof. Any one or a mixture of two or more of them may be used.

또 상기 분리막은 분리막의 적어도 일면에 위치하는 내열성 다공층을 더 포함할 수도 있다. 상기 내열성 다공층은 우수한 내열성을 가져 양극과 음극 사이의 단락 등에 의해 전지 내에 이상 전류가 흘렀을 때 전류를 차단하여 과대 전류가 흐르는 것을 저지하고, 또 전지내 온도 상승시 다공질 필름 내 미세 기공의 폐색 및 분리막의 파막을 방지할 수 있다.The separation membrane may further include a heat-resistant porous layer positioned on at least one side of the separation membrane. The heat-resistant porous layer has excellent heat resistance, thereby blocking an electric current when an abnormal current flows in the battery due to a short circuit between the anode and the cathode or the like, thereby preventing an excessive current from flowing. In addition, It is possible to prevent the waving of the separation membrane.

구체적으로 상기 내열성 다공층은 알루미나, 실리카, 이산화티탄 또는 탄산칼슘과 같은 무기분말; 또는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리 아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르 케톤, 방향족 폴리에스테르, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드를 들 수 있어 내열성을 보다 높이는 관점에서, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리 아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드 등과 같은 내열 수지를 포함할 수 있다. 이중에서도 분자 내 포함된 극성기에 의해 비수계 전해질과의 우수한 친화성으로 내열성 다공층 내 전해질 보액성이 높고, 함침 속도가 빠르며, 음극 및 비수전해질과의 접촉 면적 증가로 나트륨 이차 전지의 충방전 용량을 더욱 증가시킬 수 있으며, 특히 미소 나트륨 금속의 덴드라이트로의 성장을 억제할 수 있다는 점에서 상기 분리막은 방향족 폴리아미드(파라 배향 방향족 폴리아미드, 메타 배향 방향족 폴리아미드), 방향족 폴리이미드, 방향족 폴리아미드이미드 등의 함질소 방향족 중합체를 포함할 수 있다. 또, 상기 함질소 방향족 중합체는 음극 표면에 전해액 분해에 따른 고체층 형성을 촉진시켜 나트륨 이차 전지의 불가역 용량을 감소시킬 수 있다. Specifically, the heat resistant porous layer may be formed of an inorganic powder such as alumina, silica, titanium dioxide or calcium carbonate; Or polyamide, polyimide, polyamideimide, polycarbonate, polyacetal, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyether ketone, aromatic polyester, polyether sulfone and polyether imide. , Polyamide, polyimide, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide, and the like. Among them, the polar group contained in the molecule has a good affinity with the non-aqueous electrolyte, so that the liquid electrolyte in the heat-resistant porous layer is highly liquid, the infiltration rate is fast, and the charge / discharge capacity of the sodium secondary battery (Para-oriented aromatic polyamide, meta-oriented aromatic polyamide), an aromatic polyimide, an aromatic polyimide, an aromatic polyimide, an aromatic polyimide, an aromatic polyimide, And nitrogen-containing aromatic polymers such as amide imides. In addition, the nitrogen-containing aromatic polymer may promote the formation of a solid layer on the surface of the anode due to decomposition of the electrolyte, thereby reducing the irreversible capacity of the sodium secondary battery.

상기 분리막이 내열성 다공층을 더 포함하는 경우, 상기 내열성 다공층이 음극측에 배치된다.When the separator further comprises a heat-resistant porous layer, the heat-resistant porous layer is disposed on the cathode side.

본 발명에서, 상기 전극조립체는 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 것으로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the electrode assembly may have a stacked structure or a stacked / folded structure in which at least one positive electrode and at least one negative electrode are alternately stacked with a separation membrane as a boundary, and are not particularly limited.

또, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기한 전극조립체를 포함하는 나트륨 이차 전지가 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a sodium secondary battery including the electrode assembly.

구체적으로, 상기 나트륨 이차 전지는 상기한 전극조립체 및 전해질을 포함한다. 이때 상기 전해질은. 나트륨 이온을 빠르고 균일하게 전도시키는 것으로, 전해액일 수도 있고, 고체 전해질일 수도 있다.Specifically, the sodium secondary battery includes the electrode assembly and the electrolyte. At this time, It can be an electrolytic solution or a solid electrolyte which conducts sodium ions quickly and uniformly.

상기 전해질이 전해액인 경우, 전해질염 및 용매를 포함한다. When the electrolyte is an electrolytic solution, it includes an electrolyte salt and a solvent.

또, 상기 전해질염은 구체적으로는 나트륨 함유 수산화물(예를 들면, 수산화나트륨(NaOH) 등), 붕산염(예를 들면, 메타붕산나트륨(NaBO2), 붕사(Na2B4O7), 붕산(H3BO3) 등), 인산염(예를 들면, 인산삼나트륨(Na3PO4), 피로인산나트륨(Na2HPO4), 등), 염소산(예를 들면, NaClO4 등), NaAlCl4, NaAsF6, NaBF4, NaPF6, NaSbF6, NaCF3SO3 또는 NaN(SO2CF3)2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. Specific examples of the electrolytic salt include sodium hydroxide (for example, sodium hydroxide (NaOH)), borate (for example, sodium metaborate (NaBO 2 ), borax (Na 2 B 4 O 7 ) (E.g., H 3 BO 3 ), phosphates such as trisodium phosphate (Na 3 PO 4 ), sodium pyrophosphate (Na 2 HPO 4 ), etc.), chloric acid (such as NaClO 4 ) 4 , NaAsF 6 , NaBF 4 , NaPF 6 , NaSbF 6 , NaCF 3 SO 3 or NaN (SO 2 CF 3 ) 2 , and any one or a mixture of two or more thereof may be used.

상기 전해질은 전해질 총 중량에 대하여 상기 전해질염을 2 내지 50 중량% 포함할 수 있다. The electrolyte may contain 2 to 50% by weight of the electrolyte salt based on the total weight of the electrolyte.

또, 상기 용매는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 용매는 물, 알코올 등과 같은 수계 용매이거나; 또는 에스테르 용매, 에테르 용매, 케톤 용매, 방향족 탄화수소 용매, 알콕시알칸 용매, 카보네이트 용매와 같은 비수계 용매일 수 있다. 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the solvent can be used without any particular limitation as long as it can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, the solvent may be an aqueous solvent such as water, alcohol, or the like; Or a nonaqueous system such as an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, an alkoxyalkane solvent, or a carbonate solvent. These may be used singly or in combination of two or more.

상기 에스테르 용매의 구체적인 예로는 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), n-프로필 아세테이트(n-propyl acetate), 디메틸아세테이트(dimethyl acetate), 메틸프로피오네이트(methyl propionate), 에틸프로피오네이트(ethyl propionate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), 데카놀라이드(decanolide), γ-발레로락톤(γ-valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), γ-카프로락톤(γ-caprolactone), δ-발레로락톤(δ-valerolactone), 또는 ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등을 들 수 있다. Specific examples of the ester solvent include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, But are not limited to, ethyl propionate,? -Butyrolactone, decanolide,? -Valerolactone, mevalonolactone,? -Caprolactone (? -caprolactone, 隆 -valerolactone, 竜 -caprolactone, and the like.

상기 에테르계 용매의 구체적인 예로는 디부틸 에테르(dibutyl ether), 테트라글라임(tetraglyme), 2-메틸테트라히드로퓨란(2-methyltetrahydrofuran), 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등을 들 수 있다. Specific examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, and the like.

상기 케톤계 용매의 구체적인 예로는 시클로헥사논(cyclohexanone) 등을 들 수 있다. 상기 방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene), 클로로벤젠(chlorobenzene), 아이오도벤젠(iodobenzene), 톨루엔(toluene), 플루오로톨루엔(fluorotoluene), 또는 자일렌(xylene) 등을 들 수 있다. 상기 알콕시알칸 용매로는 디메톡시에탄(dimethoxy ethane) 또는 디에톡시에탄(diethoxy ethane) 등을 들 수 있다.Specific examples of the ketone-based solvents include cyclohexanone and the like. Specific examples of the aromatic hydrocarbon organic solvent include benzene, fluorobenzene, chlorobenzene, iodobenzene, toluene, fluorotoluene, xylene, (xylene), and the like. Examples of the alkoxyalkane solvent include dimethoxy ethane and diethoxy ethane.

상기 카보네이트 용매의 구체적인 예로는 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 디프로필카보네이트(dipropylcarbonate, DPC), 메틸프로필카보네이트(methylpropylcarbonate, MPC), 에틸프로필카보네이트(ethylpropylcarbonate, EPC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 부틸렌카보네이트(butylenes carbonate, BC), 또는 플루오로에틸렌카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등을 들 수 있다.Specific examples of the carbonate solvent include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), dipropylcarbonate (DPC), methylpropylcarbonate (MPC), ethylpropylcarbonate (EPC) , Methyl ethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylenes carbonate (BC) And fluoroethylene carbonate (FEC).

또, 상기 전해질이 고체 전해질인 경우, 구체적으로 폴리에틸렌옥시드계 고분자 화합물, 폴리오르가노실록산쇄 또는 폴리옥시알킬렌쇄 중 적어도 1종 이상을 포함하는 고분자 화합물 등의 유기계 고분자 전해질을 사용할 수 있다. 또한, 고분자 화합물에 비수전해질 용액을 유지시킨, 이른바 겔 타입의 것을 이용할 수도 있다. 또한, Na2S-SiS2, Na2S-GeS2 등의 황화물 전해질, NaZr2(PO4)3 등의 NASICON형 전해질 등의 무기계 고체 전해질을 이용할 수도 있다. 이들 고체 전해질을 이용하면, 안전성을 보다 높일 수 있는 경우가 있다. When the electrolyte is a solid electrolyte, specifically, an organic polymer electrolyte such as a polymer compound containing at least one of a polyethylene oxide-based polymer compound, a polyorganosiloxane chain, and a polyoxyalkylene chain may be used. A so-called gel type in which a non-aqueous electrolyte solution is held in a polymer compound may also be used. In addition, sulfide electrolytes such as Na 2 S-SiS 2 and Na 2 S-GeS 2 , NaZr 2 (PO 4 ) 3 An inorganic solid electrolyte such as a NASICON-type electrolyte, etc. may be used. When these solid electrolytes are used, there are cases where safety can be further increased.

또한, 본 발명의 나트륨 이차 전지에 있어서 고체 전해질을 이용하는 경우에는, 고체 전해질이 세퍼레이터 역할을 하는 경우도 있고, 그 경우에는 세퍼레이터를 필요로 하지 않는 경우도 있다.In the case of using the solid electrolyte in the sodium secondary battery of the present invention, the solid electrolyte may serve as a separator, and in this case, a separator may not be required.

또, 상기 전해질은 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 일반적으로 전해질에 사용될 수 있는 첨가제(이하, '기타 첨가제'라 함)를 더 포함할 수 있다.In addition to the above electrolyte components, the electrolyte may further contain an additive (hereinafter, referred to as "other additive") that can be generally used for an electrolyte for the purpose of improving lifetime characteristics of the battery, suppressing reduction in battery capacity, .

상기 전해질에는 0.1 내지 5 중량%의 불소화에틸렌카보네이트를 더 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable that 0.1 to 5% by weight of fluorinated ethylene carbonate is further added to the electrolyte.

이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. However, the following embodiments are intended to illustrate the invention, but the invention is not limited thereto.

(실시예 1)(Example 1)

(1) 양극의 제조(1) Preparation of positive electrode

양극 활물질로서 NaCoO2, 도전재로서 수퍼 P 및 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)가 각각 95 중량%, 2.5 중량% 및 2.5 중량%로 이루어진 양극 활물질 슬러리를 제조한 후, 상기 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 집전체 상에 도포한 후, 건조함으로써 양극을 제조하였다.A slurry for a cathode active material was prepared in which NaCoO 2 as a cathode active material, Super P as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were 95 wt%, 2.5 wt% and 2.5 wt%, respectively, Coated on an aluminum current collector, and then dried to produce a positive electrode.

(2) 음극의 제조(2) Manufacture of cathodes

평균 기공의 크기가 300 ㎛이고, 기공도가 70%인 구리 폼(foam)의 집전체 상에 나트륨 호일을 올린 후, 롤 프레싱을 통해 상기 구리 폼의 기공으로 삽입시켜 전극 복합체를 제조하였다. 이때 나트륨 금속은 전극 복합체의 전체 중량 대비 5 중량%가 되도록 하였다. 그 후, 상기 전극 복합체 상에 5 ㎛ 두께의 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(PVDF-co-HFP) 나트륨 이온 전도성 보호막을 형성시킴으로써 음극을 제조하였다.A sodium foil was placed on a current collector of a copper foam having an average pore size of 300 μm and a porosity of 70%, and inserted into the pores of the copper foam through roll pressing to prepare an electrode composite. At this time, the sodium metal was adjusted to be 5% by weight based on the total weight of the electrode composite. Thereafter, a negative electrode was prepared by forming a 5 탆 thick polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) sodium ion conductive protective film on the electrode composite.

(3) 나트륨 이차 전지의 제조(3) Preparation of sodium secondary battery

상기 제조된 양극과 음극의 사이에, 폴리프로필렌계 다공성 막을 개재시킨 전극 조립체를 파우치형의 전지케이스에 삽입한 후, 상기 전지케이스에 비수전해액(1M NaPF6, EC:EMC=3:7(부피비))을 주입하였으며, 이후 완전히 밀봉함으로써 나트륨 이차 전지를 제조하였다.An electrode assembly having a polypropylene porous film interposed therebetween was inserted between the prepared positive electrode and negative electrode into a battery case of a pouch type and then a nonaqueous electrolytic solution (1M NaPF 6 , EC: EMC = 3: 7 ) Was injected, and then a sodium secondary battery was prepared by completely sealing.

(실시예 2)(Example 2)

음극으로서, 전극 복합체의 전체 중량 대비 10 중량%의 나트륨 금속이 포함된 전극 복합체가 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode to which an electrode composite containing 10% by weight of sodium metal based on the total weight of the electrode composite was applied was used.

(실시예 3)(Example 3)

음극으로서, 전극 복합체의 전체 중량 대비 20 중량%의 나트륨 금속이 포함된 전극 복합체가 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode to which an electrode composite containing 20 wt% of sodium metal based on the total weight of the electrode composite was applied was used as the negative electrode.

(실시예 4)(Example 4)

음극으로서, 전극 복합체의 전체 중량 대비 30 중량%의 나트륨 금속이 포함된 전극 복합체가 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode to which an electrode composite containing 30% by weight of sodium metal based on the total weight of the electrode composite was applied was used.

(실시예 5)(Example 5)

음극으로서, 전극 복합체의 전체 중량 대비 50 중량%의 나트륨 금속이 포함된 전극 복합체가 적용된 음극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode to which an electrode composite containing 50% by weight of sodium metal based on the total weight of the electrode composite was applied was used.

(실시예 6)(Example 6)

음극으로서, 나트륨 이온 전도성 보호막이 형성되지 않은 전극 복합체만을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that only the electrode composite in which the sodium ion conductive protective film was not formed was used as the cathode.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

음극으로서, 구리 폼이 아닌 일반적인 평판 구리 집전체에 나트륨 호일과, 5 ㎛ 두께의 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(PVDF-co-HFP) 나트륨이온 전도성 보호막이 순차적으로 적층된 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.As a negative electrode, a negative electrode was prepared by sequentially laminating sodium foil and polyvinylidene fluoride-hexafluoro-propane (PVDF-co-HFP) sodium ion conductive protective film having a thickness of 5 탆 on a common plate- A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. &lt; tb &gt; &lt; TABLE &gt;

(비교예 2)(Comparative Example 2)

음극으로서, 구리 폼이 아닌 일반적인 평판 구리 집전체에 나트륨 호일이 적층된 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나트륨 이차 전지를 제조하였다.A sodium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode in which sodium foil was laminated on a general flat plate copper collector instead of a copper foil was used as the negative electrode.

[실험예: 나트륨 이차 전지의 단락 측정][Experimental Example: Short Circuit Measurement of Sodium Secondary Battery]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 나트륨 이차전지에 대해 0.1 C 전류밀도의 충전 및 0.1 C 전류밀도의 방전을 반복하면서, 전지의 단락이 일어나는 시점을 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다.The sodium secondary batteries prepared in the above-mentioned Examples and Comparative Examples were subjected to repetition of charging at a current density of 0.1 C and discharging at a current density of 0.1 C, and the time point at which the battery was short-circuited was measured and shown in Table 1 below.

구분division 전지 단락 시점(Cycle)Cycle of battery 실시예 1Example 1 300300 실시예 2Example 2 400 초과More than 400 실시예 3Example 3 400 초과More than 400 실시예 4Example 4 320320 실시예 5Example 5 260260 실시예 6Example 6 170170 비교예 1Comparative Example 1 130130 비교예 2Comparative Example 2 110110

상기 표 1을 참고하면, 실시예에서 제조된 나트륨 이차전지가 비교예에서 제조된 나트륨 이차전지에 비하여 더 많은 사이클이 진행되어야 전지 단락이 일어남을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the battery is short-circuited when the cycle time of the sodium secondary battery manufactured in the embodiment is longer than that of the sodium secondary battery manufactured in the comparative example.

이는 상기 실시예에서 제조된 나트륨 이차전지의 경우, 음극활물질이 다공성 집전체의 기공 내에 분산되어 포함됨으로써, 전극내 전자가 균일하게 분포될 수 있고, 전극 표면적이 증가하여 단위면적당 전류밀도를 저감할 수 있고, 덴드라이트의 성장을 억제하여 전지 단락을 방지할 수 있었음을 알 수 있다.This is because, in the case of the sodium secondary battery manufactured in the above embodiment, the anode active material is dispersed in the pores of the porous current collector, so that the electrons in the electrode can be uniformly distributed and the surface area of the electrode is increased to reduce the current density per unit area And the growth of the dendrite can be suppressed, so that it is possible to prevent the short circuit of the battery.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (16)

복수 개의 기공을 포함하는 다공성 집전체, 및
상기 다공성 집전체의 상기 기공 내에 위치하는 음극활물질을 포함하며,
상기 음극활물질은 금속 나트륨 및 나트륨 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 나트륨 이차 전지용 음극으로서,
상기 다공성 집전체가 Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Sn, Bi, Si, Sb, 이들의 합금 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하고,
상기 음극활물질은 상기 나트륨 이차 전지용 음극 전체 중량 대비 5 내지 50 중량%로 포함되는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
A porous collector including a plurality of pores, and
And a negative electrode active material positioned in the pores of the porous current collector,
Wherein the negative electrode active material is a negative electrode for a sodium secondary battery comprising any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of metal sodium and sodium alloys,
Wherein the porous collector is selected from the group consisting of Cu, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Sn, Bi, Si, Sb, Based material, and at least one selected from the group consisting of a metal-based material,
Wherein the negative electrode active material is contained in an amount of 5 to 50 wt% based on the total weight of the negative electrode for a sodium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체가 상기 복수 개의 기공이 서로 연결되어 이루어진 3차원 망목 기공 구조를 포함하고,
상기 음극활물질이 상기 3차원 망목 기공 구조 내에 위치하며, 다공성 집전체 내에서 3차원 망목 구조를 형성하는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
Wherein the porous current collector has a three-dimensional mesh pore structure in which the plurality of pores are connected to each other,
Wherein the anode active material is located within the three-dimensional mesh pore structure and forms a three-dimensional mesh structure within the porous current collector.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 기공도가 50 내지 99부피%이고, 상기 기공의 평균 직경이 5 내지 500㎛인 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
Wherein the porous collector has a porosity of 50 to 99% by volume and an average diameter of the pores is 5 to 500 占 퐉.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나트륨 합금이 Al, Sn, Bi, Si, Sb, B 및 이들의 합금으로 이루어진 선택되는 어느 하나와 나트륨의 합금인 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
Wherein the sodium alloy is one selected from the group consisting of Al, Sn, Bi, Si, Sb, B, and alloys thereof, and an alloy of sodium and sodium.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 기공 내에, Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Si, Sb 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 더 포함하는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
The porous collector may contain at least one of Ni, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Zn, Mo, W, Ag, Au, Ru, Pt, Ir, Al, Sn, Bi, Wherein the negative electrode further comprises any one or two or more metals selected from the group consisting of these alloys.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 기공 내에, 바인더를 더 포함하는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
Wherein the porous current collector further comprises a binder in pores of the porous current collector.
제1항에 있어서,
상기 다공성 집전체의 적어도 일면에 위치하는 음극활물질층을 더 포함하는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
And a negative electrode active material layer disposed on at least one side of the porous current collector.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 나트륨 이차 전지용 음극은 상기 다공성 집전체 위에 위치하는 보호층을 포함하고,
상기 보호층은 나트륨 이온전도성 고분자를 포함하는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode for a sodium secondary battery includes a protective layer positioned on the porous current collector,
Wherein the protective layer comprises a sodium ion conductive polymer.
제10항에 있어서,
상기 나트륨 이온전도성 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP, polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
11. The method of claim 10,
The sodium ion conductive polymer may be at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO) Wherein the negative electrode is a negative electrode.
제10항에 있어서,
상기 보호층이 0.1㎛ 내지 20㎛의 두께를 갖는 것인 나트륨 이차 전지용 음극.
11. The method of claim 10,
Wherein the protective layer has a thickness of 0.1 占 퐉 to 20 占 퐉.
나트륨의 흡장 및 방출이 가능한 음극활물질을, 용융 함침, 증착, 전기 도금, 롤 프레싱 및 슬러리 도포로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여, 복수개의 기공을 포함하는 다공성 집전체의 적어도 일면 및 기공 내로, 도포 및 충진시키는 단계를 포함하고,
상기 음극활물질은 금속 나트륨 및 나트륨 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것인 제1항에 따른 나트륨 이차 전지용 음극의 제조방법.
At least one of the porous porous body containing a plurality of pores is formed by using at least one method selected from the group consisting of melt impregnation, vapor deposition, electroplating, roll pressing and slurry application of an anode active material capable of occluding and releasing sodium Coating and filling into one surface and into the pores,
The method of manufacturing an anode for a sodium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material comprises any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of metal sodium and sodium alloys.
제13항에 있어서,
상기 음극활물질의 도포 및 충진 후, 압착하는 단계를 더 포함하는 나트륨 이차 전지용 음극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
Applying and filling the negative electrode active material, and then pressing the negative electrode active material.
양극 및 음극이 분리막을 경계로 교대로 적층된 전극조립체에 있어서,
상기 음극이 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 및 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 것인 나트륨 이차 전지용 전극조립체.
In an electrode assembly in which an anode and a cathode are alternately stacked with a separator as a boundary,
The electrode assembly for a sodium secondary battery according to any one of claims 1 to 3, 5 to 8, and 10 to 12.
제15항에 따른 전극조립체를 포함하는 나트륨 이차 전지. A sodium secondary battery comprising an electrode assembly according to claim 15.
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