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KR20240139683A - Slurry for forming protective film of electrode and manufacturing method thereof, protective film of electrode and manufacturing method thereof, negative electrode for secondary battery and manufacturing method thereof and secondary battery - Google Patents

Slurry for forming protective film of electrode and manufacturing method thereof, protective film of electrode and manufacturing method thereof, negative electrode for secondary battery and manufacturing method thereof and secondary battery Download PDF

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KR20240139683A
KR20240139683A KR1020230033675A KR20230033675A KR20240139683A KR 20240139683 A KR20240139683 A KR 20240139683A KR 1020230033675 A KR1020230033675 A KR 1020230033675A KR 20230033675 A KR20230033675 A KR 20230033675A KR 20240139683 A KR20240139683 A KR 20240139683A
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slurry
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electrode protective
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우미혜
김도엽
김세희
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한국화학연구원
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Abstract

리튬 덴드라이트(Li dendrite)의 생성을 물리적으로 억제하고 전해액과 음극 간의 직접적인 반응을 방지하여 안정적인 SEI 피막을 형성하는 전극 보호막 형성용 슬러리가 제공된다. 본 발명의 일 실시예는, 도전재; 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former); 를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리를 제공한다.A slurry for forming an electrode protective film is provided, which physically suppresses the formation of lithium dendrites and prevents direct reaction between an electrolyte and an anode to form a stable SEI film. One embodiment of the present invention provides a slurry for forming an electrode protective film, which includes a conductive material; a metal-based material; and a pore former.

Description

전극 보호막 형성용 슬러리 및 이의 제조방법, 전극 보호막 및 이의 제조방법, 이차전지용 음극 및 이의 제조방법 및 이차전지{SLURRY FOR FORMING PROTECTIVE FILM OF ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PROTECTIVE FILM OF ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, NEGATIVE ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND SECONDARY BATTERY}Slurry for forming a protective film of an electrode and a method for manufacturing the same, an electrode protective film and a method for manufacturing the same, a negative electrode for a secondary battery and a method for manufacturing the same, and a secondary battery {SLURRY FOR FORMING PROTECTIVE FILM OF ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PROTECTIVE FILM OF ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, NEGATIVE ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND SECONDARY BATTERY}

본 발명은 전극 보호막 형성용 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전극 보호막 형성용 슬러리 및 이의 제조방법, 전극 보호막 및 이의 제조방법, 이차전지용 음극 및 이의 제조방법 및 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a slurry for forming an electrode protective film and a method for producing the same, and more specifically, to a slurry for forming an electrode protective film and a method for producing the same, an electrode protective film and a method for producing the same, an anode for a secondary battery and a method for producing the same, and a secondary battery.

전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고에너지 밀도를 갖는 이차전지에 대한 수요가 급증하고 있다. 이와 같은 요구에 부응하여 고에너지 밀도를 갖는 전지로서 리튬 메탈 전지가 주목을 받고 있다. With the rapid development of the electrical, electronic, communications, and computer industries, the demand for secondary batteries with high energy density is rapidly increasing. In response to this demand, lithium metal batteries are attracting attention as batteries with high energy density.

리튬 메탈 전지란 음극으로서 리튬 메탈(Li metal)을 사용한 이차전지이다. 리튬 메탈은 표준 환원전위가 -3.045V(SHE: 표준 수소 전극 기준)로 매우 낮으며, 금속 자체의 밀도가 낮아 고에너지 밀도 전지의 음극 재료로서 가장 주목을 받고 있다. A lithium metal battery is a secondary battery that uses lithium metal (Li metal) as an anode. Lithium metal has a very low standard reduction potential of -3.045 V (based on SHE: standard hydrogen electrode), and the density of the metal itself is low, so it is receiving the most attention as an anode material for high-energy density batteries.

하지만 음극으로 리튬 메탈(Li metal)을 사용할 경우, 반복되는 충방전 과정에서 리튬 덴드라이트(Li dendrite)가 생성되어, 전지의 단락(short)을 유발시킬 수 있고 이로 인해 안전성의 문제가 있어 상용화에 어려움이 있다. However, when lithium metal is used as the cathode, lithium dendrites are generated during repeated charging and discharging processes, which can cause a short circuit in the battery, which causes safety issues and makes commercialization difficult.

또한 리튬 메탈은 특히 카보네이트계 유기 용매를 포함하는 전해액과 (전기)화학적 반응성이 높은 소재이다. 이로 인해, 리튬 메탈 전지의 구동 사이클이 진행될수록, 음극 표면에는 전해액과의 부반응에 의한 저항층이 형성되고, 그러한 저항층이 형성된 음극 표면에서의 리튬 이온의 전착/탈리는 불균일하게 이루어지고, 점차 전지 용량이 감소하게 되는 문제점이 있다.In addition, lithium metal is a material that has high (electro)chemical reactivity with electrolytes, especially those containing carbonate-based organic solvents. As a result, as the driving cycle of a lithium metal battery progresses, a resistance layer is formed on the surface of the negative electrode due to a side reaction with the electrolyte, and the deposition/deposition of lithium ions on the surface of the negative electrode where such a resistance layer is formed is uneven, and there is a problem that the battery capacity gradually decreases.

이와 관련하여, 리튬 메탈의 표면에 보호막을 형성하는 다양한 소재와 방법이 제안되었으나, 현재까지 제안된 소재와 방법으로는 음극과 전해액의 계면을 안정화면서도 음극 표면에서 리튬 이온의 균일한 전착/탈리를 지속시키고, 기계적 안정성을 높이는 것에는 한계가 있다.In this regard, various materials and methods for forming a protective film on the surface of lithium metal have been proposed, but the materials and methods proposed so far have limitations in stabilizing the interface between the negative electrode and the electrolyte while maintaining uniform deposition/desorption of lithium ions on the negative electrode surface and increasing mechanical stability.

본 발명의 목적은, 리튬 덴드라이트(Li dendrite)의 생성을 물리적으로 억제하고 전해액과 음극 간의 직접적인 반응을 방지하여 안정적인 SEI 피막을 형성하는 전극 보호막 형성용 슬러리를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a slurry for forming an electrode protective film that physically suppresses the formation of lithium dendrites and prevents direct reaction between an electrolyte and an anode to form a stable SEI film.

본 발명의 다른 목적은 리튬이온의 이동을 원활하게 도와주어 이차전지의 사이클 성능을 향상시킬 수 있는 전극 보호막 형성용 슬러리를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a slurry for forming an electrode protective film that can improve the cycle performance of a secondary battery by helping the movement of lithium ions smoothly.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a slurry for forming the electrode protective film.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극 보호막의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the electrode protective film.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극 보호막을 포함하는 이차전지용 음극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a negative electrode for a secondary battery including the above electrode protective film.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이차전지용 음극의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the negative electrode for the secondary battery.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이차전지용 음극을 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery including the negative electrode for the secondary battery.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 도전재(Conductive additive); 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former); 를 포함하는, 전극 보호막 형성용 슬러리를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object provides a slurry for forming an electrode protective film, comprising a conductive additive; a metal material; and a pore former.

일 구체예에 따르면, 상기 도전재는, 그래핀, 탄소나노튜브, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one specific example, the challenge material may be any one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, and combinations thereof.

일 구체예에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one specific example, the carbon nanotube may be any one selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and combinations thereof.

일 구체예에 따르면, 상기 금속계 소재의 전기전도도(Conductivity)는 20℃에서 4.1 X 107 S/m 이상일 수 있다.According to one specific example, the electrical conductivity of the metal material may be 4.1 X 10 7 S/m or more at 20°C.

일 구체예에 따르면, 상기 금속계 소재의 전기전도도(Conductivity)는 20℃에서 5.00 X 107 S/m 이상일 수 있다.According to one specific example, the electrical conductivity of the metal material may be 5.00 X 10 7 S/m or more at 20°C.

일 구체예에 따르면, 상기 금속계 소재는, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one specific example, the metal material may be any one selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), and combinations thereof.

일 구체예에 따르면, 상기 기공 형성제는, ZnO, Al2O3, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, MnO2, FeO, Co3O4, TiO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.According to one specific example, the pore former may be any one selected from the group consisting of ZnO , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, MnO 2 , FeO, Co 3 O 4 , TiO 2 and combinations thereof.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 보호막 형성용 슬러리는 바인더를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the slurry for forming the electrode protective film may further include a binder.

본 발명의 또 다른 실시예는, (S1) 도전재; 금속계 소재를 포함하는 전구체; 및 기공 형성제(Pore former)를 혼합하여 복합체를 제조하는 단계; 및 (S2) 상기 복합체와 바인더를 혼합하여 전극 보호막 형성용 슬러리를 제조하는 단계; 를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a slurry for forming an electrode protective film, including: (S1) a step of mixing a conductive material; a precursor including a metal-based material; and a pore former to produce a composite; and (S2) a step of mixing the composite and a binder to produce a slurry for forming an electrode protective film.

일 구체예에 따르면, 상기 도전재와 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체의 중량비(도전재:금속계 소재를 포함하는 전구체)는 1:15 내지 1:20일 수 있다. According to one specific example, the weight ratio of the conductive material and the precursor including the metal-based material (conductive material: precursor including the metal-based material) may be 1:15 to 1:20.

일 구체예에 따르면, 상기 복합체와 상기 바인더의 중량비(복합체:바인더)는 6:4 내지 9:1일 수 있다.According to one specific example, the weight ratio of the complex and the binder (composite:binder) can be 6:4 to 9:1.

일 구체예에 따르면, 상기 기공 형성제의 함량은 상기 복합체의 전체 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%일 수 있다.According to one specific example, the content of the pore former may be 1 to 5 wt% based on the total weight of the complex.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 전극 보호막 형성용 슬러리가 건조된, 전극 보호막을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object can provide an electrode protective film, in which a slurry for forming an electrode protective film is dried.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 음극 기재; 및 상기 음극 기재의 적어도 일면 상에 배치된 상술한 본 발명의 여러 실시예에 따른 전극 보호막; 을 포함하는, 이차전지용 음극을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object can provide an anode for a secondary battery, including: an anode substrate; and an electrode protective film according to various embodiments of the present invention described above, disposed on at least one surface of the anode substrate.

일 구체예에 따르면, 상기 음극 기재는 리튬 메탈(Li metal)을 포함할 수 있다.According to one specific example, the negative electrode substrate may include lithium metal (Li metal).

일 구체예에 따르면, 상기 전극 보호막의 두께는 5 내지 20㎛일 수 있다.According to one specific example, the thickness of the electrode protective film may be 5 to 20 μm.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 음극 기재의 적어도 일면 상에, 상기 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅한 후 건조하는 단계; 를 포함하는 이차전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object can provide a method for manufacturing an anode for a secondary battery, including the step of coating a slurry for forming an electrode protective film on at least one surface of a cathode substrate and then drying it.

예를 들어 상기 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅하는 단계는, 닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비아 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅 (Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 및 캡 코팅(Cap coating)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방법을 이용하는 단계일 수 있다.For example, the step of coating the slurry for forming the electrode protective film may be a step using at least one method selected from the group consisting of doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating, comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, and cap coating.

일 구체예에 따르면, 상기 코팅된 전극 보호막 형성용 슬러리는 40 내지 80℃에서 10 내지 40시간 동안 건조될 수 있다.According to one specific example, the slurry for forming the coated electrode protective film can be dried at 40 to 80° C. for 10 to 40 hours.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 이차전지용 음극; 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해액을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object can provide a secondary battery including: a negative electrode for the secondary battery; a positive electrode; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The above-mentioned solution to the problem does not enumerate all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof can be understood in more detail by referring to the specific examples below.

본 발명의 일 측면(Aspect)에 따르면, 전지의 충방전이 반복되어도 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하여 분리막의 손상을 방지할 수 있다. According to one aspect of the present invention, even if charging and discharging of a battery is repeated, the formation of lithium dendrites can be suppressed, thereby preventing damage to a separator.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 리튬 덴드라이트(Li dendrite)의 생성을 물리적으로 억제하고 전해액과 음극 간의 직접적인 반응을 방지하여 안정적인 SEI 피막을 생성할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a stable SEI film can be formed by physically suppressing the formation of lithium dendrites and preventing direct reaction between the electrolyte and the negative electrode.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리튬이온의 이동을 원활하게 도와주어 이차전지의 사이클 성능을 향상시킬 수 있다. According to another aspect of the present invention, the cycle performance of a secondary battery can be improved by helping the movement of lithium ions to proceed smoothly.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention are described below together with the specific contents for carrying out the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법의 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법의 모식도이다.
도 3a는 실시예 1에 따른 음극의 SEM 사진이다. 도 3b는 비교예 2에 따른 음극의 SEM 사진이다. 도 3c는 비교예 3에 따른 음극의 SEM 사진이다.
도 4a는 실시예 1에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다. 도 4b는 비교예 2에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다. 도 4c는 비교예 3에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지의 시간에 따른 전압의 그래프이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지의 시간에 따른 전압의 그래프이다.
도 7은 실시예 1, 비교예 1 및 3에 따른 전지의 수명 특성을 평가한 그래프이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 리튬 시메트릭 전지에 대해 전기화학 임피던스 분광법에 의한 전기화학 임피던스를 측정한 그래프이다.
도 9a는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 실시예 1에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9b는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 1에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9c는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 2에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9d는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 3에 따른 전극의 SEM 이미지이다.
도 10a는 도 9a의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10b는 도 9b의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10c는 도 9c의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10d는 도 9d의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다.
Figure 1 is a flow chart of a method for manufacturing a slurry for forming an electrode protective film according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a slurry for forming an electrode protective film according to one embodiment of the present invention.
Fig. 3a is an SEM image of a cathode according to Example 1. Fig. 3b is an SEM image of a cathode according to Comparative Example 2. Fig. 3c is an SEM image of a cathode according to Comparative Example 3.
Fig. 4a is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Example 1. Fig. 4b is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Comparative Example 2. Fig. 4c is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Comparative Example 3.
Figure 5 is a graph of voltage over time of batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
Figure 6 is a graph of voltage over time of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
Figure 7 is a graph evaluating the life characteristics of batteries according to Example 1, Comparative Examples 1 and 3.
Figure 8 is a graph showing the electrochemical impedance measured by electrochemical impedance spectroscopy for the lithium symmetric batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
Fig. 9a is an SEM image of the electrode according to Example 1 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9b is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 1 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9c is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 2 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9d is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 3 after the cycle test of Experimental Example 4.
Fig. 10a is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9a. Fig. 10b is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9b. Fig. 10c is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9c. Fig. 10d is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9d.

이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the principles of preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings and descriptions. However, the drawings and the descriptions given below are for preferred implementation methods among various methods for effectively explaining the features of the present invention, and the present invention is not limited to the drawings and descriptions below.

한편, 제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.While terms such as first or second may be used to describe various components, these terms should be construed only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but should be understood to not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined herein.

본 발명을 설명함에 있어 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치범위의 상한과 하한으로의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.When describing the present invention, the numerical range indicated by the term 'to' indicates a numerical range that includes the values described before and after the term as the lower limit and the upper limit, respectively. When multiple numerical values are disclosed as the upper and lower limits of an arbitrary numerical range, the numerical range disclosed in this specification can be understood as an arbitrary numerical range that uses any one of the multiple lower limit values and any one of the multiple upper limit values as the lower limit and the upper limit, respectively.

본 발명은 도전재; 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former); 를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리를 제공한다. The present invention provides a slurry for forming an electrode protective film, which includes a conductive material; a metal-based material; and a pore former.

종래에는 리튬 메탈(Li metal)을 음극으로 사용할 경우 반복되는 충방전 과정에서 리튬 덴드라이트가 생성되어 전지의 단락을 유발시키고, 이로 인해 전지의 안전성(safety)가 낮아지는 문제점이 있었다. Previously, when lithium metal was used as a cathode, there was a problem in that lithium dendrites were generated during repeated charging and discharging processes, causing a short circuit in the battery, which lowered the safety of the battery.

또한, 리튬 메탈은 특히 카보네이트계 유기 용매를 포함하는 전해액과 (전기)화학적 반응성이 높은 소재이다. 이로 인해, 리튬 메탈 전지의 구동 사이클이 진행될수록, 음극 표면에는 전해액과의 부반응에 의한 저항층이 형성되고, 그러한 저항층이 형성된 음극 표면에서의 리튬 이온의 전착/탈리는 불균일하게 이루어지고, 점차 전지 용량이 감소하게 되는 문제점이 있다.In addition, lithium metal is a material that has high (electro)chemical reactivity with electrolytes, especially those containing carbonate-based organic solvents. As a result, as the driving cycle of a lithium metal battery progresses, a resistance layer is formed on the surface of the negative electrode due to a side reaction with the electrolyte, and the deposition/deposition of lithium ions on the surface of the negative electrode on which such a resistance layer is formed is uneven, and there is a problem that the battery capacity gradually decreases.

본 발명에 따르면, 도전재; 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former)를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리로 전극 보호막을 구현함으로써, 전지의 충방전이 반복되어도 리튬 덴드라이트의 생성을 억제하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by implementing an electrode protective film using a slurry for forming an electrode protective film including a conductive material; a metal-based material; and a pore former, the safety of the battery can be improved by suppressing the formation of lithium dendrites even when charge and discharge of the battery are repeated.

본 발명에 따르면, 도전재; 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former)를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리로 전극 보호막을 구현함으로써, 리튬 덴드라이트의 생성을 물리적으로 억제하고 전해액과 음극 간의 과도한 반응을 방지하여 안정적인 (stable) SEI 피막을 생성할 수 있다. According to the present invention, by implementing an electrode protective film using a slurry for forming an electrode protective film including a conductive material; a metal-based material; and a pore former, it is possible to physically suppress the formation of lithium dendrites and prevent excessive reaction between an electrolyte and an anode, thereby generating a stable SEI film.

본 발명의에 따르면, 도전재; 금속계 소재; 및 기공 형성제(Pore former)를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리로 전극 보호막을 구현함으로써, 리튬 이온의 이동을 원활하게 도와주어 이차전지의 사이클 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by implementing an electrode protective film using a slurry for forming an electrode protective film including a conductive material; a metal-based material; and a pore former, the cycle performance of a secondary battery can be improved by helping the movement of lithium ions to proceed smoothly.

이하에서는, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.Below, the composition of the present invention is described in more detail.

1. 전극 보호막 형성용 슬러리 및 이의 제조방법1. Slurry for forming electrode protective film and method for manufacturing same

본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리는 전기 및 전자의 흐름을 도와 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성을 향상시키는 도전재(Conductive additive)를 포함한다.The slurry for forming an electrode protective film according to the present invention contains a conductive additive that helps the flow of electricity and electrons and improves the conductivity of the slurry for forming an electrode protective film.

구체적으로, 상기 도전재는 그래핀, 탄소나노튜브, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Specifically, the challenge material may be any one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, and combinations thereof.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다중벽 탄소나노튜브의 길이는 20nm 내지 2㎛일 수 있고, 평균 직경은 20nm 내지 30nm일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the length of the multi-walled carbon nanotube may be 20 nm to 2 μm, and the average diameter may be 20 nm to 30 nm.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 보호막 형성용 슬러리의 전체 고형분의 중량을 기준으로 상기 도전재의 함량은 10 내지 15 중량%일 수 있고, 구체적으로 15 내지 15.4 중량%일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the content of the conductive material may be 10 to 15 wt%, and specifically 15 to 15.4 wt%, based on the weight of the total solid content of the slurry for forming the electrode protective film.

상기 도전재의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성이 충분히 향상될 수 있고, 도전재가 응집체를 형성하지 않아 전극 보호막 형성용 슬러리의 코팅이 용이하게 이루어질 수 있다.When the content of the above-mentioned conductive agent satisfies the above-mentioned numerical range, the conductivity of the slurry for forming an electrode protective film can be sufficiently improved, and since the conductive agent does not form aggregates, coating of the slurry for forming an electrode protective film can be easily achieved.

본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리는, 상기 도전재와 조합되어 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성을 향상시키고 전극 보호막의 인장강도를 높여 전지의 충방전 과정에서 전극 보호막의 부피 팽창을 최소화할 수 있는 금속계 소재를 포함한다. 만약 전극 보호막 형성용 슬러리가 도전재를 포함하지만 금속계 소재를 포함하지 않거나, 금속계 소재를 포함하지만 도전재를 포함하지 않을 경우 전극 보호막의 인장강도를 충분히 높일 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 전지의 충방전 과정에서 전극 보호막의 부피 팽창이 일어나 전극 보호막의 구조적 안정성이 저하될 수 있다.The slurry for forming an electrode protective film according to the present invention includes a metal material that, when combined with the conductive material, improves the conductivity of the slurry for forming an electrode protective film and increases the tensile strength of the electrode protective film, thereby minimizing volume expansion of the electrode protective film during the charge/discharge process of a battery. If the slurry for forming an electrode protective film includes a conductive material but does not include a metal material, or includes a metal material but does not include a conductive material, a problem may occur in which the tensile strength of the electrode protective film cannot be sufficiently increased. Accordingly, volume expansion of the electrode protective film may occur during the charge/discharge process of the battery, which may deteriorate the structural stability of the electrode protective film.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속계 소재의 전기전도도(Conductivity)는 20℃에서 4.1 X 107 S/m 이상일 수 있고, 구체적으로 5.00 X 107 S/m 이상일 수 있다. 상기 금속계 소재의 전기전도도가 상기 수치 범위 내를 만족할 때 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성이 충분히 향상될 수 있고 전극 보호막의 인장강도가 높아져 전지의 충방전 과정에서 전극의 부피 팽창을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속계 소재의 전기전도도는 해당 기술분야에서 상용되는 금속전도도 측정기를 이용하여 측정될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrical conductivity of the metal material may be 4.1 X 10 7 S/m or more at 20°C, specifically, 5.00 X 10 7 S/m or more. When the electrical conductivity of the metal material satisfies the above numerical range, the conductivity of the slurry for forming an electrode protective film can be sufficiently improved, and the tensile strength of the electrode protective film can be increased, thereby minimizing volume expansion of the electrode during the charge and discharge process of the battery. For example, the electrical conductivity of the metal material can be measured using a metal conductivity meter commercially available in the relevant technical field.

예를 들어, 상기 금속계 소재는, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 구체적으로 구리(Cu)일 수 있다.For example, the metal material may be any one selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), and combinations thereof, and specifically may be copper (Cu).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 보호막 형성용 슬러리의 전체 고형분의 중량을 기준으로 상기 금속계 소재의 함량은 85 내지 95중량%일 수 있고, 구체적으로 90 내지 92중량%일 수 있다. 상기 금속계 소재의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성이 충분히 향상될 수 있고 전극 보호막의 인장강도가 높아져 전지의 충방전 과정에서 전극의 부피 팽창을 최소화할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the metal-based material may be 85 to 95 wt%, specifically 90 to 92 wt%, based on the weight of the total solid content of the slurry for forming the electrode protective film. When the content of the metal-based material satisfies the numerical range, the conductivity of the slurry for forming the electrode protective film can be sufficiently improved, and the tensile strength of the electrode protective film can be increased, thereby minimizing volume expansion of the electrode during the charge and discharge process of the battery.

본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리는 리튬 친화적인 특성을 가지며 전극 보호막 내 기공의 형성을 유도하여 리튬 이온의 원활한 이동을 도와주기 위해 기공 형성제(Pore former)를 포함한다.The slurry for forming an electrode protective film according to the present invention has lithium-friendly properties and includes a pore former to induce the formation of pores in the electrode protective film and help smooth movement of lithium ions.

구체적으로, 상기 기공 형성제는, ZnO, Al2O3, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, MnO2, FeO, Co3O4, TiO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 더욱 구체적으로 Lithiophilic한 특성의 이유로 ZnO일 수 있다.Specifically, the pore former may be any one selected from the group consisting of ZnO , Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, MnO 2 , FeO, Co 3 O 4 , TiO 2 and combinations thereof, and more specifically, may be ZnO due to its lithiophilic properties.

구체적으로 상기 기공 형성제의 입경(D50)은 50 내지 250nm일 수 있고, 더욱 구체적으로 20 내지 200nm 일 수 있다. 상기 기공 형성제의 입경이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 형성용 슬러리의 점도가 적정 수준으로 구현되어 전극 보호막 형성용 슬러리의 코팅이 용이하게 이루어질 수 있다.Specifically, the particle size (D 50 ) of the pore-forming agent may be 50 to 250 nm, and more specifically, 20 to 200 nm. When the particle size of the pore-forming agent satisfies the numerical range, the viscosity of the slurry for forming an electrode protective film is implemented at an appropriate level, so that coating of the slurry for forming an electrode protective film can be easily achieved.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 보호막 형성용 슬러리의 전체 고형분의 중량을 기준으로 상기 기공 형성제의 함량은 1 내지 3 중량%일 수 있고, 구체적으로 2 내지 2.5 중량%일 수 있다. 상기 기공 형성제의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 내 기공의 형성을 효과적으로 유도하여 리튬 이온의 원활한 이동을 도와줄 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the pore-forming agent may be 1 to 3 wt%, specifically 2 to 2.5 wt%, based on the weight of the total solid content of the slurry for forming the electrode protective film. When the content of the pore-forming agent satisfies the numerical range, it can effectively induce the formation of pores in the electrode protective film, thereby helping smooth movement of lithium ions.

본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리는 도전재와 금속계 소재 및 기공 형성제 간의 결착을 유도하기 위해 바인더(Binder)를 더 포함할 수 있다. The slurry for forming an electrode protective film according to the present invention may further include a binder to induce bonding between the conductive material, the metal-based material, and the pore-forming agent.

예를 들어 상기 바인더로 해당 기술분야에서 전극에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 이러한 바인더는 비제한적으로 폴리비닐리덴 플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride co-hexafluoropropylene)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(Poly(vinylidene fluoride-co-trichloroethylene)), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methylmethacrylate)), 폴리에틸헥실 아크릴레이트(Poly(ethylhexylacrylate)), 폴리부틸아크릴레이트(Poly(butylacrylate)), 폴리아크릴로니트릴(Poly(acrylonitrile)), 폴리비닐피롤리돈(Poly(vinylpyrrolidone)), 폴리비닐아세테이트(Poly(vinyl acetate)), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(Poly(ethylene-co-vinyl acetate)), 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide)), 폴리아릴레이트(Polyacrylate), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(Cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(Cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(Cyano ethyl pullulan), 시아노에틸 폴리비닐알콜(Cyano ethyl poly(vinylalcohol)), 시아노에틸셀룰로오스(Cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(Cyano ethylsucrose), 플루란(Pullulan) 및 카르복실메틸셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose)에서 선택된 적어도 1종 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, a polymer commonly used in electrodes in the relevant technical field can be used as the binder. These binders include, but are not limited to, poly(vinylidene fluoride), poly(vinylidene fluoride co -hexafluoropropylene), poly(vinylidene fluoride- co -trichloroethylene), poly(methylmethacrylate), poly(ethylhexylacrylate), poly(butylacrylate), poly(acrylonitrile), poly(vinylpyrrolidone), poly(vinyl acetate), poly(ethylene-co-vinyl acetate), poly(ethylene oxide), It may be at least one selected from, but is not limited to, polyacrylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyano ethyl pullulan, cyano ethyl poly(vinylalcohol), cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바인더의 함량은 상기 전극 보호막 형성용 슬러리의 전체 고형분의 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%일 수 있고, 구체적으로 8 내지 15 중량%일 수 있고, 더욱 구체적으로 9 내지 12 중량%일 수 있다. 상기 바인더의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 도전재와 금속계 소재 및 기공 형성제 간의 결착을 효과적으로 유도할 수 있고 전극 보호막 형성용 슬러리의 점도가 적정 수준으로 유지될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the binder may be 5 to 20 wt%, specifically 8 to 15 wt%, and more specifically 9 to 12 wt%, based on the weight of the total solid content of the slurry for forming the electrode protective film. When the content of the binder satisfies the numerical range, the bonding between the conductive material, the metal-based material, and the pore-forming agent can be effectively induced, and the viscosity of the slurry for forming the electrode protective film can be maintained at an appropriate level.

본 발명의 또 다른 실시예는 (S1) 도전재; 금속계 소재를 포함하는 전구체; 및 기공 형성제(Pore former)를 혼합하여 복합체를 제조하는 단계; 및 (S2) 상기 복합체와 바인더를 혼합하여 전극 보호막 형성용 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for producing a slurry for forming an electrode protective film, including the steps of (S1) mixing a conductive material; a precursor including a metal-based material; and a pore former to produce a composite; and (S2) mixing the composite and a binder to produce a slurry for forming an electrode protective film.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법의 플로우 차트이다. Figure 1 is a flow chart of a method for manufacturing a slurry for forming an electrode protective film according to one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법의 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a method for manufacturing a slurry for forming an electrode protective film according to one embodiment of the present invention.

전술한 부분과 반복된 설명은 간략히 설명하거나 생략한다.The previously mentioned parts and repeated explanations are briefly explained or omitted.

도 1 및 2를 참고하면 본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법은 복합체를 먼저 제조하기 위해 (S1) 도전재; 금속계 소재를 포함하느 전구체; 및 기공 형성제(Pore former)를 혼합하여 복합체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the method for manufacturing a slurry for forming an electrode protective film according to the present invention may include a step of manufacturing a composite by first mixing (S1) a conductive material; a precursor including a metal-based material; and a pore former.

상기 (S1) 단계에서 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체는 금속이온을 포함하는 염 화합물일 수 있고, 구체적으로 CuCl2H2O(aq)일 수 있다.In the above step (S1), the precursor including the metal-based material may be a salt compound including a metal ion, and specifically, may be CuCl 2H 2 O(aq).

상기 (S1) 단계는 해당 기술분야에서 상용되는 교반기를 이용하여 수행될 수 있고, 구체적으로 교반기를 이용하여 10 내지 40시간 동안 500 내지 2000 rpm으로 수행되는 단계일 수 있다. The above step (S1) can be performed using a commercially available stirrer in the relevant technical field, and specifically, can be a step performed at 500 to 2000 rpm for 10 to 40 hours using a stirrer.

예를 들어, 상기 (S1) 단계에서 기공 형성제는 미세화된 기공 형성제일 수 있다. For example, in the step (S1), the pore former may be a micronized pore former.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전재와 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체의 중량비(도전재:금속계 소재를 포함하는 전구체)는 1:15 내지 1:25일 수 있고, 구체적으로, 1:15 내지 1:20일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the weight ratio of the conductive material and the precursor including the metal-based material (conductive material: precursor including the metal-based material) may be 1:15 to 1:25, and specifically, 1:15 to 1:20.

이 경우 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체는 염 화합물일 수 있고, 금속계 소재를 포함하는 전구체가 증류수에 용해되어 금속이온을 포함하는 수용액 상태로 복합체가 제조에 투입될 수 있다. 상기 도전재와 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체의 중량비가 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 형성용 슬러리의 전도성을 더욱 향상시키고 전극 보호막의 인장강도를 높여 전지의 충방전 과정에서 전극 보호막의 부피 팽창을 더욱 최소화할 수 있다. 만약 전극 보호막 형성용 슬러리가 도전재를 포함하지만 금속계 소재를 포함하는 전구체를 포함하지 않거나, 금속계 소재를 포함하는 전구체를 포함하지만 도전재를 포함하지 않을 경우 전극 보호막의 인장강도를 충분히 높일 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라 전지의 충방전 과정에서 부피 팽창이 일어나 전극의 구조적 안정성이 저하될 수 있다.In this case, the precursor including the metal-based material may be a salt compound, and the precursor including the metal-based material may be dissolved in distilled water to manufacture the complex in an aqueous solution state including metal ions. When the weight ratio of the conductive material and the precursor including the metal-based material satisfies the numerical range, the conductivity of the slurry for forming an electrode protective film can be further improved and the tensile strength of the electrode protective film can be increased, thereby further minimizing volume expansion of the electrode protective film during the charge/discharge process of the battery. If the slurry for forming an electrode protective film includes a conductive material but does not include a precursor including a metal-based material, or includes a precursor including a metal-based material but does not include a conductive material, a problem may occur in which the tensile strength of the electrode protective film cannot be sufficiently increased. Accordingly, volume expansion may occur during the charge/discharge process of the battery, which may deteriorate the structural stability of the electrode.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기공 형성제의 함량은 상기 복합체의 전체 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%일 수 있고, 구제적으로 1 내지 2 중량%일 수 있다. 상기 복합체의 전체 중량을 기준으로 상기 기공 형성제의 함량이 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 내 기공의 형성을 유도하여 리튬 이온의 원활한 이동을 도와줄 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the content of the pore former may be 1 to 5 wt% based on the total weight of the composite, and specifically 1 to 2 wt%. When the content of the pore former satisfies the numerical range based on the total weight of the composite, the formation of pores in the electrode protective film may be induced to help smooth movement of lithium ions.

본 발명에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법은 고형분 간의 결착을 유도하기 위해 (S2) 상기 복합체와 바인더를 혼합하여 전극 보호막 형성용 슬러리를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing a slurry for forming an electrode protective film according to the present invention may include a step of producing a slurry for forming an electrode protective film by mixing the complex and a binder (S2) to induce binding between solid components.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합체와 상기 바인더의 중량비(복합체:바인더)는 6:4 내지 9:1, 구체적으로 7:3 내지 9:1일 수 있고, 더욱 구체적으로 8:2 내지 9:1일 수 있다. 상기 복합체와 상기 바인더의 중량비가 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 전극 보호막 형성용 슬러리에 포함된 고형분들 간에 결착이 효과적으로 이루어질 수 있으며, 전극 보호막 형성용 슬러리의 점도가 적정 수준으로 유지되어 코팅 용이성이 확보될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the weight ratio of the complex to the binder (composite:binder) may be 6:4 to 9:1, specifically 7:3 to 9:1, and more specifically 8:2 to 9:1. When the weight ratio of the complex to the binder satisfies the numerical range, binding can be effectively achieved between solid components included in the slurry for forming an electrode protective film, and the viscosity of the slurry for forming an electrode protective film can be maintained at an appropriate level, thereby ensuring ease of coating.

2. 전극 보호막2. Electrode protection film

본 발명의 또 다른 실시예는, 상술한 본 발명의 여러 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리가 건조된 전극 보호막을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a dried electrode protective film formed by the slurry for forming an electrode protective film according to various embodiments of the present invention described above.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 보호막 내 형성된 기공의 평균크기는 10 내지 20 nm일 수 있다. 상기 전극 보호막 내 형성된 기공은 전극 보호막을 수직으로 절단한 단면의 SEM 이미지를 통해 분석될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the average size of the pores formed in the electrode protective film may be 10 to 20 nm. The pores formed in the electrode protective film can be analyzed through a SEM image of a cross-section obtained by cutting the electrode protective film vertically.

3. 이차전지용 음극 및 이의 제조방법3. Negative electrode for secondary battery and its manufacturing method

본 발명에 따른 이차전지용 음극은 음극 기재; 및 상기 음극 기재의 적어도 일면 상에 배치된 전극 보호막을 포함할 수 있다.A negative electrode for a secondary battery according to the present invention may include a negative electrode substrate; and an electrode protective film disposed on at least one surface of the negative electrode substrate.

구체적으로 상기 음극 기재는 두께가 5 내지 300㎛인 리튬 메탈(Li metal)을 포함할 수 있다. 종래에는 리튬 메탈(Li metal)을 음극으로 사용할 경우 반복되는 충방전 과정에서 리튬 덴드라이트가 생성되어, 전지의 단락을 유발시킬 수 있고 안전성의 문제점이 있었다. Specifically, the negative electrode substrate may include lithium metal having a thickness of 5 to 300 μm. In the past, when lithium metal was used as the negative electrode, lithium dendrites were generated during repeated charge and discharge processes, which could cause a short circuit in the battery and there were safety issues.

또한 리튬 메탈은 특히 카보네이트계 유기 용매를 포함하는 전해액과 (전기)화학적 반응성이 높은 소재이다. 이로 인해, 리튬 메탈 전지의 구동 사이클이 진행될수록, 음극 표면에는 전해액과의 부반응에 의한 저항층이 형성되고, 그러한 저항층이 형성된 음극 표면에서의 리튬 이온의 전착/탈리는 불균일하게 이루어지고, 점차 전지 용량이 감소하게 되는 문제점이 있다.In addition, lithium metal is a material that has high (electro)chemical reactivity with electrolytes, especially those containing carbonate-based organic solvents. As a result, as the driving cycle of a lithium metal battery progresses, a resistance layer is formed on the surface of the negative electrode due to a side reaction with the electrolyte, and the deposition/deposition of lithium ions on the surface of the negative electrode where such a resistance layer is formed is uneven, and there is a problem that the battery capacity gradually decreases.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리튬 메탈의 적어도 일면 상에 전극 보호막을 형성함으로써, 전지의 충방전이 반복되어도 리튬 덴드라이트의 형성을 억제하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by forming an electrode protective film on at least one surface of lithium metal, the formation of lithium dendrites can be suppressed even when charging and discharging of the battery is repeated, thereby improving the safety of the battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리튬 메탈의 적어도 일면 상에 전극 보호막을 형성함으로써, 리튬 덴드라이트(Li dendrite)의 생성을 물리적으로 억제하고 전해액과 음극 간의 직접적인 반응을 방지하여 안정적인 SEI 피막을 생성할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by forming an electrode protective film on at least one surface of lithium metal, the formation of lithium dendrites can be physically suppressed and direct reaction between the electrolyte and the negative electrode can be prevented, thereby generating a stable SEI film.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리튬 메탈의 적어도 일면 상에 전극 보호막을 형성함으로써, 리튬이온의 이동을 원활하게 도와주어 이차전지의 사이클 성능을 향상시킬 수 있다. According to another embodiment of the present invention, by forming an electrode protective film on at least one surface of lithium metal, the movement of lithium ions can be facilitated, thereby improving the cycle performance of a secondary battery.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 보호막의 두께는 5 내지 20㎛일 수 있다. 다만 본 발명의 기술사상이 이에 제한되는 것은 아니고 적절히 변형될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the electrode protective film may be 5 to 20 μm. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be appropriately modified.

본 발명의 또 다른 실시예는 음극 기재의 적어도 일면 상에, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅한 후 건조하는 단계를 포함하는 이차전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a method for manufacturing an anode for a secondary battery, including the step of coating a slurry for forming an electrode protective film according to the embodiment of the present invention described above on at least one surface of a cathode substrate and then drying it.

예를 들어 상기 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅하는 단계는, 닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비아 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅 (Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 및 캡 코팅(Cap coating)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방법을 이용하는 단계일 수 있다.For example, the step of coating the slurry for forming the electrode protective film may be a step using at least one method selected from the group consisting of doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating, comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, and cap coating.

예를 들어, 상기 코팅된 전극 보호막 형성용 슬러리는 40 내지 80℃에서 10 내지 40시간 동안 건조될 수 있다. 상기 코팅된 전극 보호막 형성용 슬러리를 건조하기 위해 해당 기술분야에서 상용되는 진공 오븐이 사용될 수 있다.For example, the slurry for forming the coated electrode protective film can be dried at 40 to 80° C. for 10 to 40 hours. A vacuum oven commercially available in the art can be used to dry the slurry for forming the coated electrode protective film.

4. 이차전지4. Secondary battery

본 발명의 또 다른 실시예는, 상술한 본 발명의 여러 실시예에 따른 이차전지용 음극, 양극; 상기 음극 및 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해액을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a secondary battery including a negative electrode, a positive electrode for a secondary battery according to various embodiments of the present invention described above; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte.

양극anode

본 발명에 따른 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면 상에 배치된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 도전재 및 양극 바인더를 포함할 수 있다.The positive electrode according to the present invention may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on at least one surface of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer may include a positive electrode active material, a conductive material, and a positive electrode binder.

예를 들어, 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 양극 집전체로는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체는 통상적으로 6 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다. For example, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the positive electrode current collector may be made of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like. The positive electrode current collector may typically have a thickness of 6 to 20 μm.

예를 들어, 상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물은 예를 들어 Lix1CoO2(0.5<x1<1.3), Lix2NiO2(0.5<x2<1.3), Lix3MnO2(0.5<x3<1.3), Lix4Mn2O4(0.5<x4<1.3), Lix5(Nia1Cob1Mnc1)O2(0.5<x5<1.3, 0<a1<1, 0<b1<1, 0<c1<1, a1+b1+c1=1), Lix6Ni1-y1Coy1O2(0.5<x6<1.3, 0<y1<1), Lix7Co1-y2Mny2O2(0.5<x7<1.3, 0≤2<1), Lix8Ni1-y3Mny3O2(0.5<x8<1.3, O≤3<1), Lix9(Nia2Cob2Mnc2)O4(0.5<x9<1.3, 0<a2<2, 0<b2<2, 0<c2<2, a2+b2+c2=2), Lix10Mn2-z1Niz1O4(0.5<x10<1.3, 0<z1<2), Lix11Mn2-z2Coz2O4(0.5<x11<1.3, 0<z2<2), Lix12CoPO4(0.5<x12<1.3) 및 Lix13FePO4(0.5<x13<1.3)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.For example, the positive electrode active material may include a lithium transition metal oxide. The above lithium transition metal oxides include, for example, Li x1 CoO 2 (0.5<x1<1.3), Li x2 NiO 2 (0.5<x2<1.3), Li x3 MnO 2 (0.5<x3<1.3), Li x4 Mn 2 O 4 (0.5<x4<1.3), Li x5 (Ni a1 Co b1 Mn c1 )O 2 (0.5<x5<1.3, 0<a1<1, 0<b1<1, 0<c1<1, a1+b1+c1=1), Li x6 Ni 1-y1 Co y1 O 2 (0.5<x6<1.3, 0<y1<1), Li x7 Co 1-y2 Mn y2 O 2 (0.5<x7<1.3, 0≤2<1), Li x8 Ni 1-y3 Mn y3 O 2 (0.5<x8<1.3, O≤3<1), Li x9 (Ni a2 Co b2 Mn c2 )O 4 (0.5<x9<1.3, 0<a2<2, 0<b2<2, 0<c2<2, a2+b2+c2=2), Li x10 Mn 2-z1 Ni z1 O 4 (0.5<x10<1.3, 0<z1<2), Li x11 Mn 2-z2 Co z2 O 4 (0.5<x11<1.3, 0<z2<2), Li x12 CoPO 4 (0.5<x12<1.3), and Li x13 FePO 4 (0.5<x13<1.3).

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 양극은 리튬 메탈(Li metal)일 수 있다. 상기 양극이 리튬 메탈일 경우 리튬 시메트릭 전지(Li symmetric cell)가 구현될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the positive electrode may be lithium metal. When the positive electrode is lithium metal, a lithium symmetric cell may be implemented.

상기 양극에 사용된 도전재는 활물질 입자 간 또는 금속 집전체와의 전도도를 향상시키고 바인더가 부도체로 작용하는 것을 방지할 수 있다. 상기 도전재는 예를 들어, 흑연, 카본블랙, 탄소섬유, 금속섬유, 금속 분말, 도전성 위스커, 도전성 금속 산화물, 활성화된 카본(activated carbon) 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도전성 재료의 혼합물일 수 있고, 더욱 구체적으로는 천연 흑연, 인조 흑연, 슈퍼 피(Super-p), 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프블랙, 서머 블랙, 덴카(Denka) 블랙, 알루미늄 분말, 니켈 분말, 산화 아연, 티탄산 칼륨 및 산화 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 도전성 재료의 혼합물일 수 있다.The conductive material used in the above positive electrode can improve conductivity between active material particles or with a metal current collector and prevent the binder from acting as an insulator. The conductive material may be, for example, a mixture of one or two or more conductive materials selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, metal fibers, metal powders, conductive whiskers, conductive metal oxides, activated carbon, and polyphenylene derivatives, and more specifically, may be a mixture of one or more conductive materials selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, Super-p, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, Denka black, aluminum powder, nickel powder, zinc oxide, potassium titanate, and titanium oxide.

상기 양극 바인더는 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride co-hexafluoropropylene)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(Poly(vinylidene fluoride-co-trichloroethylene)), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methylmethacrylate)), 폴리에틸헥실 아크릴레이트(Poly(ethylhexylacrylate)), 폴리부틸아크릴레이트(Poly(butylacrylate)), 폴리아크릴로니트릴(Poly(acrylonitrile)), 폴리비닐피롤리돈(Poly(vinylpyrrolidone)), 폴리비닐아세테이트(Poly(vinyl acetate)), 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(Poly(ethylene-co-vinyl acetate)), 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide)), 폴리아릴레이트(Polyacrylate), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(Cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(Cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(Cyano ethyl pullulan), 시아노에틸 폴리비닐알콜(Cyano ethyl poly(vinylalcohol)), 시아노에틸셀룰로오스(Cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(Cyano ethylsucrose), 플루란(Pullulan) 및 카르복실메틸셀룰로오스(Carboxyl methyl cellulose)에서 선택된 적어도 1종 이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The above positive electrode binder is, for example, polyvinylidene fluoride , polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride- co -trichloroethylene, polymethylmethacrylate, polyethylhexylacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyethylene-co-vinyl acetate, polyethylene oxide, It may be at least one selected from, but is not limited to, polyacrylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyano ethyl pullulan, cyano ethyl poly(vinylalcohol), cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose.

분리막Membrane

본 발명에 따른 분리막은 다공성 기재이거나, 다공성 기재의 적어도 일면 상에 코팅층을 포함할 수 있다.The separation membrane according to the present invention may be a porous substrate or may include a coating layer on at least one surface of the porous substrate.

본 발명에 따른 다공성 기재는 음극 및 양극을 전기적으로 절연시켜 단락을 방지하면서 리튬이온의 이동 경로를 제공할 수 있는 것으로 전해액에 관한 내성이 높고 기공의 직경이 미세한 다공성 구조체일 수 있다.The porous substrate according to the present invention can be a porous structure having high resistance to electrolyte and fine pore diameters, capable of providing a path for lithium ions to move while electrically insulating the negative electrode and the positive electrode to prevent short circuits.

상기 다공성 기재의 구성 재료로 전기 절연성을 갖는 유기재료 또는 무기재료면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 다공성 기재는 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴본 바리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴레페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 도포성이 우수할 뿐만 아니라 분리막의 두께를 얇게 하여 전지 내 전극 활물질층의 비율을 높여 체적 당 용량을 높일 수 있다. 구체적으로 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량(Mw)은 100,000 내지 500,000g/mol일 수 있다. 상기 폴리올레핀의 중량평균분자량이 상기 수치 범위 미만일 경우 충분한 역학 물성을 확보하는 것이 곤란해질 수 있고 상기 수치 범위를 초과할 경우 셧다운(Shut down) 기능이 구현되지 못하거나 성형이 곤란해질 수 있다. 셧다운 기능은 이차전지의 온도가 높아졌을 때, 열가소성 수지가 용해하여 다공성 기재의 기공을 폐쇄함으로써 이온의 이동을 차단하고 전지의 열폭주를 방지하는 기능을 의미한다.As a constituent material of the porous substrate, any organic or inorganic material having electrical insulation can be used without particular limitation. The porous substrate may include, for example, at least one selected from the group consisting of polyolefin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyvinyl terephthalate, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene, and may specifically include polyolefin. Polyolefin not only has excellent coatability, but also can increase the ratio of the electrode active material layer in the battery by making the separator thin, thereby increasing the capacity per volume. Specifically, the weight average molecular weight (M w ) of the polyolefin can be 100,000 to 500,000 g/mol. If the weight average molecular weight of the polyolefin is less than the above numerical range, it may be difficult to secure sufficient mechanical properties, and if it exceeds the above numerical range, the shutdown function may not be implemented or molding may become difficult. The shutdown function refers to the function of blocking the movement of ions and preventing thermal runaway of the battery by melting the thermoplastic resin and closing the pores of the porous substrate when the temperature of the secondary battery increases.

상기 다공성 기재의 두께는 예를 들어, 3 내지 50㎛ 또는 4 내지 15㎛일 수 있다. 상기 다공성 기재의 두께가 수치 범위 미만일 경우 전도성 배리어의 기능이 충분하지 않을 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 분리막의 저항이 과도하게 증가할 수 있다.The thickness of the porous substrate may be, for example, 3 to 50 μm or 4 to 15 μm. If the thickness of the porous substrate is less than the numerical range, the function of the conductive barrier may not be sufficient, and if it exceeds the numerical range, the resistance of the separator may excessively increase.

상기 다공성 기재에 포함된 기공의 평균직경은 예를 들어 10 내지 100nm일 수 있다. 상기 다공성 기재에 포함된 기공들은 상호간에 서로 연결된 구조로 되어 있어 다공성 기재의 일면으로부터 다른 면으로 기체 또는 액체가 통과될 수 있다.The average diameter of the pores included in the porous substrate may be, for example, 10 to 100 nm. The pores included in the porous substrate have a structure in which they are interconnected with each other, so that gas or liquid can pass from one side of the porous substrate to the other side.

본 발명에 따른 코팅층은 이차전지용 분리막의 기계적 강도 및 내열성을 향상시킬 수 있고, 이차전지 내의 이온전도도를 높일 수 있다.The coating layer according to the present invention can improve the mechanical strength and heat resistance of a separator for a secondary battery, and increase the ion conductivity within the secondary battery.

본 발명에 따른 코팅층은 상기 다공성 기재의 일면 상에 배치된다. 구체적으로, 상기 코팅층이 상기 다공성 기재의 일면 상에만 배치됨으로써, 양면 대비 감소된 두께만큼 전극 활물질의 양을 늘릴 수 있기 때문에 전지의 에너지밀도에 유리할 수 있다.The coating layer according to the present invention is disposed on one side of the porous substrate. Specifically, since the coating layer is disposed only on one side of the porous substrate, the amount of electrode active material can be increased by the thickness reduced compared to both sides, which can be advantageous for the energy density of the battery.

상기 코팅층의 패킹 밀도(Packing density)는 0.1 내지 20g/cm3일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 12 g/cm3, 더욱 구체적으로 1 내지 3 g/cm3일 수 있다. 상기 코팅층의 패킹 밀도(Packing density)가 수치 범위 내를 만족할 때 리튬이온의 투과성이 유리할 수 있고, 분리막의 내열성이 적정 수준으로 유지될 수 있다. 한편 패킹 밀도는 다공성 기재의 단위면적(m2) 당 1㎛의 높이에 로딩되는 코팅층의 밀도이다.The packing density of the coating layer may be 0.1 to 20 g/cm 3 , specifically 0.5 to 12 g/cm 3 , and more specifically 1 to 3 g/cm 3 . When the packing density of the coating layer satisfies the numerical range, the permeability of lithium ions may be advantageous, and the heat resistance of the separator may be maintained at an appropriate level. Meanwhile, the packing density is the density of the coating layer loaded at a height of 1 μm per unit area (m 2 ) of the porous substrate.

상기 코팅층의 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있고, 구체적으로 1 내지 3㎛, 더욱 구체적으로 1.4 내지 1.6㎛일 수 있다. 상기 코팅층의 두께가 상기 수치 범위 내를 만족할 때, 분리막의 절연성과 열안정성을 높일 수 있음과 동시에 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The thickness of the coating layer may be 0.1 to 10 μm, specifically 1 to 3 μm, and more specifically 1.4 to 1.6 μm. When the thickness of the coating layer satisfies the numerical range, the insulation and thermal stability of the separator can be increased, while improving the energy density of the battery.

본 발명에 따른 코팅층은 바인더 고분자 및 무기입자를 포함할 수 있다.The coating layer according to the present invention may include a binder polymer and inorganic particles.

본 발명에 따른 바인더 고분자는 무기입자 사이를 연결하며 안정하게 고정시킬 수 있다. 상기 바인더 고분자는 예를 들어, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌(Polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌(Polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(Poly(ethylene-co-vinyl acetate)), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(Cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (Cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(Cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(Cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(Cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(Cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸셀룰로오스 (Carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(Acrylonitrile-styrene butadiene copolymer), 폴리이미드(Polyimide), 및 스티렌 부타디엔 고무(Styrene-butadiene rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The binder polymer according to the present invention can connect inorganic particles and stably fix them. The above binder polymers include, for example, polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, poly(ethylene-co-vinyl acetate), polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, One or more selected from the group consisting of cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile-styrene butadiene copolymer, polyimide, and styrene-butadiene rubber may be used in combination.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 무기입자와 바인더 고분자의 중량비(무기입자:바인더 고분자)는 50:50 내지 99:1일 수 있고, 구체적으로 70:30 내지 95:5일 수 있다. 상기 바인더 고분자에 대한 무기입자의 함량비가 상기 수치 범위 미만일 경우, 바인더 고분자의 함량이 많아지게 되어 분리막의 열적 안전성 개선 성능이 저하될 수 있고, 무기입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인해 기공 크기 및 기공도가 감소하여 최종 전지의 성능 저하가 야기될 수 있고, 상기 수치 범위를 초과할 경우 바인더 고분자의 함량이 너무 적어 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the weight ratio of the inorganic particles and the binder polymer (inorganic particles: binder polymer) may be 50:50 to 99:1, and specifically, 70:30 to 95:5. When the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer is less than the above numerical range, the content of the binder polymer increases, which may deteriorate the thermal safety improvement performance of the separator, and the pore size and porosity may decrease due to a decrease in the empty space formed between the inorganic particles, which may cause a deterioration in the performance of the final battery, and when the numerical range is exceeded, the content of the binder polymer is too small, which may weaken the peeling resistance of the coating layer.

본 발명에 따른 무기입자는 이차전지용 분리막의 기계적 강도 및 내열성을 향상에 기여할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기입자는 적용되는 이차전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. The inorganic particles according to the present invention can contribute to improving the mechanical strength and heat resistance of a separator for a secondary battery. Specifically, the inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as they do not undergo oxidation and/or reduction reactions in the operating voltage range of the applied secondary battery (e.g., 0 to 5 V based on Li/Li + ).

일 예시로 무기입자로서 유전율이 높은 무기입자를 사용하는 경우, 액체 전해액 내 전해액염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 상술한 이유들로 인해, 상기 무기입자는 유전율 상수가 5 이상인 무기입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기입자, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. For example, when using inorganic particles having a high dielectric constant as inorganic particles, it can contribute to increasing the degree of dissociation of electrolyte salt, such as lithium salt, in the liquid electrolyte, thereby improving the ionic conductivity of the electrolyte. For the reasons described above, the inorganic particles may be inorganic particles having a dielectric constant of 5 or higher, inorganic particles having lithium ion transfer capability, or a mixture thereof.

상기 유전율 상수가 5 이상인 무기입자는 Al2O3, SiO2, ZrO2, AlO(OH), Al(OH)3, Mg(OH)2, BaSO4, TiO2, BaTiO3, Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT, 여기서 0 <x<1), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0 < x < 1), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO 및 SiC로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having a dielectric constant of 5 or higher are selected from the group consisting of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , AlO(OH), Al(OH) 3 , Mg(OH) 2 , BaSO 4 , TiO 2 , BaTiO 3 , Pb(Zr x Ti 1-x )O 3 (PZT, where 0 <x<1), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT, where 0 < x <1 and 0 < y <1), (1-x)Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3-x PbTiO 3 (PMN-PT, where 0 < x <1), HfO 2 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO and SiC. It can be a selected type or a mixture of two or more types.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기입자는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0< x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬게르마늄티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x <4, 0 < y < 2), SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4) 및 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic particles having the lithium ion transport capability are lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 < x < 2, 0 < y < 3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), (LiAlTiP) x O y series glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 < x < 2, 0 < y < 3), lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < w < 5), and lithium nitride (Li x The glass may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of N y , 0 < x <4, 0 < y < 2), SiS 2 series glass (Li x Si y S z , 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), and P 2 S 5 series glass (Li x P y S z , 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7).

예를 들어, 상기 무기입자의 평균입경(D50)은 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여 1nm 내지 10㎛일 수 있고, 구체적으로 10nm 내지 2㎛일 수 있고, 더욱 구체적으로 50nm 내지 1㎛일 수 있다. 상기 "평균입경(D50)"은, 입경에 따른 입자 개수 누적 분포의 50% 지점에서의 입경을 의미한다. 상기 평균입경은 레이저 회절법(Laser diffraction method)을 이용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 측정대상분말을 분산매에 분산시킨 후, 이를 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예: Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출할 수 있다. For example, the average particle diameter ( D50 ) of the above-mentioned inorganic particles may be 1 nm to 10 μm, specifically 10 nm to 2 μm, and more specifically 50 nm to 1 μm, for forming a coating layer of uniform thickness and an appropriate porosity. The "average particle diameter (D50)" refers to the particle diameter at the 50% point of the cumulative distribution of the number of particles according to particle diameter. The average particle diameter can be measured using a laser diffraction method. Specifically, after the target powder is dispersed in a dispersion medium, it is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device (e.g., Microtrac S3500) and the difference in diffraction pattern according to particle size is measured when the particles pass through a laser beam, thereby calculating the particle size distribution.

전해액Electrolyte

본 발명에 따른 전해액은 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.The electrolyte according to the present invention may include a solvent and a lithium salt.

본 발명에 따른 용매는 예를 들어, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디옥솔란(Dioxolane; DOL), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane; DME), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 펜틸, 프로 피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸 및 프로피온산 부틸로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The solvent according to the present invention may be, for example, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dioxolane (DOL), dimethoxyethane (DME), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone (GBL), fluoroethylene carbonate (FEC), methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, pentyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, ethyl propionate, and butyl propionate.

본 발명에 따른 리튬염은 예를 들어, NO3-, F-, Cl-, Br-, I-, PF6 - 등의 음이온을 포함할 수 있고, 구체적으로 LiTFSI(Lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) 및 LiNO3, LiPF6 등을 포함할 수 있다.The lithium salt according to the present invention may include anions such as, for example, NO 3- , F - , Cl - , Br - , I - , PF 6 - , and specifically, may include LiTFSI (lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) and LiNO 3, LiPF 6 , and the like.

본 발명에 따른 이차전지는 원통형, 각형, 파우치형 이차전지일 수 있으나, 충방전 디바이스에 해당하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. The secondary battery according to the present invention may be a cylindrical, square, or pouch-shaped secondary battery, but is not particularly limited as long as it corresponds to a charging/discharging device.

본 발명의 또 다른 실시예는 상기 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다. 상기 전지팩은 예를 들어, 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.Another embodiment of the present invention can provide a battery module including the secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same. The battery pack can be used as a power source for one or more medium- to large-sized devices selected from the group consisting of, for example, a power tool; an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); or a power storage system.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention, but this is only an example, and the scope of the rights of the present invention is not limited by the following contents.

[제조예 1: 전극 보호막 형성용 슬러리의 제조][Manufacturing Example 1: Manufacturing of slurry for forming electrode protective film]

<실시준비예 1: MWCNT-Cu-ZnO 슬러리의 제조><Preparation Example 1: Preparation of MWCNT-Cu-ZnO slurry>

복합체를 제조하는 단계Steps for manufacturing a complex

평균직경 20nm이고 평균길이가 2㎛인 다중벽 탄소나노튜브 0.2 g과, CuCl2H2O(aq) 3g을 300 mL 증류수에 용해한 용액을 혼합한 후, 24시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 결과물에 입경(D50)이 1㎛로 미세화된 ZnO 0.064 g을 첨가한 후 혼합하여 복합체(CCZ) 0.09g을 제조하였다.0.2 g of multi-walled carbon nanotubes having an average diameter of 20 nm and an average length of 2 μm and 3 g of CuCl 2H 2 O(aq) dissolved in 300 mL of distilled water were mixed and stirred for 24 hours. The stirred resultant was then finely divided into particles (D 50 ) of 1 μm, resulting in ZnO. After adding 0.064 g, mixing was performed to prepare 0.09 g of the complex (CCZ).

슬러리를 제조하는 단계Steps for preparing slurry

상기 제조된 복합체 0.09g과 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(Poly(vinylidene fluoride -co-hexafluoropropylene; PVDF-HFP)를 9:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 디메틸 포름아미드(Dimethyl formamide; DMF) 0.49g에 첨가하여 실시준비예 1에 따른 슬러리를 제조하였다.A slurry according to Preparation Example 1 was prepared by adding a mixture of 0.09 g of the above-mentioned manufactured complex and poly(vinylidene fluoride -co-hexafluoropropylene; PVDF-HFP) in a weight ratio of 9:1 to 0.49 g of dimethyl formamide (DMF).

<비교준비예 1: MWCNT 슬러리의 제조>CuCl22H2O(aq) 3g을 300 mL 증류수에 용해한 용액과 미세화된 ZnO를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시준비예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조하였다. <Comparative Preparation Example 1: Preparation of MWCNT slurry> A slurry was prepared in the same manner as in Implementation Preparation Example 1, except that a solution containing 3 g of CuCl 2 2H 2 O (aq) dissolved in 300 mL of distilled water was used and micronized ZnO was not used.

<비교준비예 2: MWCNT-Cu 슬러리의 제조><Comparative Preparation Example 2: Preparation of MWCNT-Cu Slurry>

미세화된 ZnO를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시준비예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조하였다. A slurry was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that micronized ZnO was not used.

단위 (g)Unit (g) MWCNTMWCNT MWCNT-Cu CompositeMWCNT-Cu Composite MWCNT-Cu-Zinc Oxide CompositeMWCNT-Cu-Zinc Oxide Composite PVDF-HFPPVDF-HFP DMFDMF 실시준비예 1Implementation Preparation Example 1 -- -- 0.090.09 0.010.01 0.490.49 비교준비예 1Comparison Preparation Example 1 0.090.09 -- -- 0.010.01 1.091.09 비교준비예 2Comparison Preparation Example 2 -- 0.090.09 -- 0.010.01 0.390.39

[제조예 2: 이차전지용 음극의 제조][Manufacturing Example 2: Manufacturing of a negative electrode for a secondary battery]

<실시예 1: MWCNT-Cu-ZnO 슬러리로 제조된 음극><Example 1: Cathode prepared from MWCNT-Cu-ZnO slurry>

두께가 5㎛인 리튬 메탈(Li metal) 위에 닥터 블레이드를 이용하여 상기 실시준비예 1의 전극 보호막 형성용 슬러리를 도포한 후 45℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하여 음극을 제조하였다. 위 과정은 모두 드라이룸(Dry-room)에서 수행되었다.The slurry for forming an electrode protective film of the above Preparation Example 1 was applied onto lithium metal having a thickness of 5 μm using a doctor blade, and then dried in a vacuum oven at 45°C for 24 hours to manufacture a negative electrode. The above process was all performed in a dry room.

<비교예 1: 리튬 메탈(Li metal)로 이루어진 음극><Comparative Example 1: Negative electrode made of lithium metal (Li metal)>

두께가 5㎛이고, 전극 보호막이 형성되지 않은 리튬 메탈(Li metal)을 준비하였다.Lithium metal (Li metal) with a thickness of 5 μm and without an electrode protective film was prepared.

<비교예 2: MWCNT 슬러리로 제조된 음극><Comparative Example 2: Cathode manufactured with MWCNT slurry>

실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 전극 보호막 형성용 슬러리 대신 상기 비교준비예 1의 전극 보호막 형성용 슬러리를 사용하였다.A negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, but the slurry for forming an electrode protective film of Comparative Preparation Example 1 was used instead of the slurry for forming an electrode protective film of Preparation Example 1.

<비교예 3: MWCNT-Cu 슬러리로 제조된 음극><Comparative Example 3: Cathode manufactured with MWCNT-Cu slurry>

실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하되, 상기 실시준비예 1의 전극 보호막 형성용 슬러리 대신 상기 비교준비예 2의 전극 보호막 형성용 슬러리를 사용하였다.A cathode was manufactured in the same manner as in Example 1, but instead of the slurry for forming an electrode protective film of Preparation Example 1, the slurry for forming an electrode protective film of Comparative Preparation Example 2 was used.

[실험예 1: 음극의 SEM 사진][Experimental Example 1: SEM image of the cathode]

도 3a는 실시예 1에 따른 음극의 SEM 사진이다. 도 3b는 비교예 2에 따른 음극의 SEM 사진이다. 도 3c는 비교예 3에 따른 음극의 SEM 사진이다. Fig. 3a is an SEM image of a cathode according to Example 1. Fig. 3b is an SEM image of a cathode according to Comparative Example 2. Fig. 3c is an SEM image of a cathode according to Comparative Example 3.

도 3a 내지 3c를 참고하면, 실시예 1에 따른 음극은 기공 형성제인 ZnO가 포함됨으로써, 비교예 2 및 3에 따른 음극 대비 기공이 형성된 것임을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 3a to 3c, it can be confirmed that the cathode according to Example 1 has pores formed compared to the cathodes according to Comparative Examples 2 and 3 by including ZnO, which is a pore former.

도 4a는 실시예 1에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다. 도 4b는 비교예 2에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다. 도 4c는 비교예 3에 따른 음극의 수직 절단면의 SEM 사진이다. Fig. 4a is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Example 1. Fig. 4b is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Comparative Example 2. Fig. 4c is an SEM photograph of a vertical cross-section of a cathode according to Comparative Example 3.

도 4a 내지 4c를 참고하면, 실시예 1, 비교예 2 및 3에 따른 음극은 그 표면에 전극 보호막이 균일하게 코팅된 것임을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4a to 4c, it can be confirmed that the cathodes according to Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 have an electrode protective film uniformly coated on their surfaces.

[실험예 2: 이차전지의 전기화학 특성 평가][Experimental Example 2: Evaluation of electrochemical characteristics of secondary batteries]

상기 제조된 실시예 1, 비교예 1 내지 3의 전극을 각각 지름이 16mm인 크기로 2장 타공한 후, 그 사이에 폴리에틸렌 분리막(두께: 20㎛)을 개재하여 전극 조립체를 제조하였다. DOL(Dioxolane)과 DME(Dimethoxyethane)가 1:1 부피비(v/v)로 혼합된 혼합용매에 1M의 LiTFSI(Lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) 염을 용해하고 2wt%의 LiNO3를 첨가한 전해액을 상기 전극 조립체에 주입하여 리튬 시메트릭 전지(Li symmetric cell)를 제조하였다. Each of the electrodes of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 manufactured above was punched into two pieces with a diameter of 16 mm, and a polyethylene separator (thickness: 20 μm) was interposed therebetween to manufacture an electrode assembly. An electrolyte solution in which 1 M LiTFSI (lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) salt was dissolved in a mixed solvent of DOL (dioxolane) and DME (dimethoxyethane) in a 1:1 volume ratio (v/v) and 2 wt% LiNO 3 was added was injected into the electrode assembly to manufacture a lithium symmetric cell.

상기 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따른 리튬 시메트릭 전지에서의 사이클에 따른 전압을 측정하였다. 전기화학 평가 조건은, 0.5 mA cm-2의 전류 밀도로 1mAh cm-2 용량까지 사이클 테스트를 진행하였다.The voltage according to the cycle was measured in the lithium symmetric battery according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. The electrochemical evaluation conditions were that a cycle test was conducted up to a capacity of 1 mAh cm -2 at a current density of 0.5 mA cm -2 .

도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지의 시간에 따른 전압 변화 그래프이다. Figure 5 is a graph showing voltage change over time of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.

전극 보호막의 조성 관점에서 비교예 1 내지 3과 실시예1을 비교하면, 도전재, 금속계 소재 및 기공 형성제를 포함하는 전극 보호막을 포함하는 실시예 1의 전극은, 전극 보호막이 형성되지 않은 비교예 1의 전극, 금속계 소재 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 2의 전극 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 3의 전극 대비, 사이클의 수가 증가하여도 안정적으로 충방전이 진행됨을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1에 따른 전극 보호막이 안정적인 SEI 피막을 형성하는 것에 기여함과 동시에 리튬 덴드라이트의 성장을 방지한 결과임을 유추할 수 있다.Comparing Comparative Examples 1 to 3 with Example 1 in terms of the composition of the electrode passivation film, it can be confirmed that the electrode of Example 1 including an electrode passivation film including a conductive material, a metal-based material, and a pore-forming agent exhibits stable charge/discharge even as the number of cycles increases, compared to the electrode of Comparative Example 1 in which no electrode passivation film is formed, the electrode of Comparative Example 2 including an electrode passivation film not including a metal-based material and a pore-forming agent, and the electrode of Comparative Example 3 including an electrode passivation film not including a pore-forming agent. It can be inferred that this is because the electrode passivation film according to Example 1 contributes to forming a stable SEI film and simultaneously prevents the growth of lithium dendrites.

[실험예 3: 이차전지의 전기화학 특성 평가][Experimental Example 3: Evaluation of electrochemical characteristics of secondary batteries]

EC(Ethylene carbonate)와 DMC(Dimethyl carbonate)가 1:1의 부피비로 혼합된 혼합용매에 1M LiPF6 염을 용해하고 5 vol%의 FEC(Fluoroethylene carbonate)를 첨가한 전해액을 주입한 것을 제외하고는, 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실시예 1, 비교예 1 내지 3에 따른 리튬 시메트릭 전지(Li symmetric cell)를 제조하였다.Lithium symmetric cells according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured in the same manner as in Experimental Example 2, except that 1 M LiPF 6 salt was dissolved in a mixed solvent containing EC (ethylene carbonate) and DMC (dimethyl carbonate) in a volume ratio of 1:1 and an electrolyte solution containing 5 vol% FEC (fluoroethylene carbonate) was injected.

상기 실시예 1, 비교예 1 내지 3의 리튬 시메트릭 전지에서의 전압을 측정하였다. The voltage of the lithium symmetric batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was measured.

전기화학 평가 조건은, 1mAh cm-2 용량까지 0.1mA/cm2(5cycle)→0.5mA/cm2(5cycle)→1mA/cm2(5cycle)→3mA/cm2(5cycle)→5mA/cm2(5cycle)→0.5mA/cm2(5cycle) 전류 밀도 조건에서 진행하였다. The electrochemical evaluation conditions were as follows: 0.1 mA/cm 2 (5 cycles) → 0.5 mA/cm 2 (5 cycles) → 1 mA/cm 2 ( 5 cycles) → 3 mA/cm 2 (5 cycles) → 5 mA/cm 2 (5 cycles) → 0.5 mA/cm 2 (5 cycles) up to a capacity of 1 mAh cm -2.

도 6은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 전지의 시간에 따른 전압의 그래프이다.Figure 6 is a graph of voltage over time of the batteries according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.

전극 보호막의 조성 관점에서 비교예 1 내지 3과 실시예1을 비교하면, 도전재, 금속계 소재 및 기공 형성제를 포함하는 전극 보호막을 포함하는 실시예 1의 전극은, 전극 보호막이 형성되지 않은 비교예 1의 전극, 금속계 소재 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 2의 전극 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 3의 전극 대비, 전압 이력(voltage hysterisis)이 매우 적음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1의 전지 내 저항이 상대적으로 낮음을 뜻한다.Comparing Comparative Examples 1 to 3 with Example 1 in terms of the composition of the electrode passivation film, it can be confirmed that the electrode of Example 1 including an electrode passivation film including a conductive material, a metal-based material, and a pore-forming agent has very low voltage hysteresis compared to the electrode of Comparative Example 1 in which no electrode passivation film is formed, the electrode of Comparative Example 2 including an electrode passivation film not including a metal-based material and a pore-forming agent, and the electrode of Comparative Example 3 including an electrode passivation film not including a pore-forming agent. In other words, this means that the resistance within the battery of Example 1 is relatively low.

실시예 1은 고전류밀도에서도 저항이 낮고 이로 인해 고전류밀도에서도 전지가 안정적으로 구동됨을 확인할 수 있다. 이는 안정적인 SEI 피막의 형성과 낮은 저항으로 인해 빠른 속도로 리튬이온의 삽입과 탈리가 이루어짐을 유추할 수 있다.Example 1 shows that the resistance is low even at high current densities, and thus the battery can be operated stably even at high current densities. This suggests that the insertion and de-insertion of lithium ions occur at a fast rate due to the formation of a stable SEI film and low resistance.

[실험예 4: 사이클에 따른 이차전지의 수명 성능 평가][Experimental Example 4: Evaluation of the life performance of secondary batteries according to cycles]

양극 활물질로 NCM811(Ni:Co:Mn=8:1:1)을 사용하여 양극을 제조하였다. 구체적으로, NCM811:도전재(Super-P): PVDF가 96.5 : 1.5 : 2의 중량비로 혼합된 혼합물을 N-메틸피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 두께 12㎛의 알루미늄 호일 상에 상기 양극 슬러리(로딩량: 16.9mg/cm2)를 코팅한 후, 110℃에서 건조(overnight)하여 76㎛ 두께의 양극을 제조하였다. 상기 양극, 폴리에틸렌 분리막(두께:20㎛) 및 각각의 상기 실시예 1, 비교예 1에 따른 방법으로 제조된 음극을 순서대로 적층한 후 라미네이션하여 전극 조립체를 제조하였다. 상기 전극 조립체를 코인셀 케이스에 장입한 후, 전해액을 주액하여 코인-셀(Coin cell)을 제조하였다. 이 경우 상기 전해액으로, DOL(Dioxolane)과 DME(Dimethoxyethane)가 1:1 부피비(v/v)로 혼합된 혼합용매에 1M의 LiTFSI(Lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) 염을 용해하고 0.2M LiNO3(75㎕)를 첨가한 전해액을 사용하였다.A cathode was manufactured using NCM811 (Ni:Co:Mn = 8:1:1) as a cathode active material. Specifically, a mixture of NCM811:conductive material (Super-P): PVDF in a weight ratio of 96.5:1.5:2 was added to N-methylpyrrolidone (NMP) to manufacture a cathode slurry. The cathode slurry (loading amount: 16.9 mg/cm 2 ) was coated on a 12 μm thick aluminum foil, and then dried (overnight) at 110° C. to manufacture a 76 μm thick cathode. The cathode, a polyethylene separator (thickness: 20 μm), and the anode manufactured by the methods according to each of Example 1 and Comparative Example 1 were sequentially stacked and then lamination was performed to manufacture an electrode assembly. The electrode assembly was loaded into a coin cell case, and an electrolyte was injected to manufacture a coin cell. In this case, an electrolyte was used in which 1 M LiTFSI (lithium bis-trifluoromethanesulfonimide) salt was dissolved in a mixed solvent of DOL (dioxolane) and DME (dimethoxyethane) in a 1:1 volume ratio (v/v) and 0.2 M LiNO 3 (75 ㎕) was added.

상기 제조된 코인-셀(Coin-cell)을 사용하여 수명 성능(cycleabililty) 평가를 진행하였다. 수명 성능 평가 조건은 전압 3V 내지 4.2V 범위에서 율속 2.0C로 충전/방전을 진행하였고 그 결과를 도 7에 나타내었다. 실시예 1과 달리, 비교예 1은 40 사이클에서 전지가 심하게 열화됨을 확인할 수 있다.The cycleability evaluation was performed using the coin cell manufactured above. The cycleability evaluation conditions were charging/discharging at a rate of 2.0C in a voltage range of 3 V to 4.2 V, and the results are shown in Fig. 7. Unlike Example 1, it can be confirmed that the battery of Comparative Example 1 was severely deteriorated at 40 cycles.

[실험예 5: 이차전지의 전기화학 임피던스 특성 평가] [Experimental Example 5: Evaluation of Electrochemical Impedance Characteristics of Secondary Battery ]

상기 실험예 2와 동일하게 리튬 시메트릭 전지(Li symmetric cell)를 제조하였다. A lithium symmetric cell was manufactured in the same manner as in Experimental Example 2 above.

도 8은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 리튬 시메트릭 전지에 대해 전기화학 임피던스 분광법에 의한 전기화학 임피던스를 측정한 그래프이다. 전기화학 평가 조건은, 0.5 mA cm-2의 전류 밀도로 1mAh cm-2 용량까지 1 사이클을 수행한 후, 전기화학 임피던스 분광법에 따른 임피던스 측정(Fi = 200000 Hz, Ff = 0.1 Hz )을 진행하였다.Figure 8 is a graph showing the electrochemical impedance measured by electrochemical impedance spectroscopy for the lithium symmetric batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. The electrochemical evaluation conditions were as follows: one cycle was performed at a current density of 0.5 mA cm -2 up to a capacity of 1 mAh cm -2 , and then impedance measurement (Fi = 200000 Hz, Ff = 0.1 Hz) by electrochemical impedance spectroscopy was performed.

전극 보호막의 조성 관점에서 비교예 1 내지 3과 실시예1을 비교하면, 도전재, 금속계 소재 및 기공 형성제를 포함하는 전극 보호막을 포함하는 실시예 1의 전극은, 전극 보호막이 형성되지 않은 비교예 1의 전극, 금속계 소재 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 2의 전극 및 기공 형성제가 포함되지 않은 전극 보호막을 포함하는 비교예 3의 전극 대비, 저항이 현저히 낮음을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1의 전극 보호막이 저항층이 아닌 보호막으로 작용하는 것을 확인할 수 있고, 리튬 친화적인 기공 형성제(예: ZnO)의 첨가로 인해 기공이 생성되어 리튬이온의 이동을 원활히 도와주는 것을 유추할 수 있다.Comparing Comparative Examples 1 to 3 with Example 1 in terms of the composition of the electrode passivation film, it can be confirmed that the electrode of Example 1 including an electrode passivation film including a conductive material, a metal-based material, and a pore-forming agent has significantly lower resistance than the electrode of Comparative Example 1 in which an electrode passivation film is not formed, the electrode of Comparative Example 2 including an electrode passivation film not including a metal-based material and a pore-forming agent, and the electrode of Comparative Example 3 including an electrode passivation film not including a pore-forming agent. This confirms that the electrode passivation film of Example 1 functions as a passivation film and not a resistive layer, and it can be inferred that pores are created due to the addition of a lithium-friendly pore-forming agent (e.g., ZnO) to facilitate the movement of lithium ions.

[실험예 6: 사이클 테스트 후 전극의 SEM 사진][Experimental Example 6: SEM image of electrode after cycle test]

도 9a는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 실시예 1에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9b는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 1에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9c는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 2에 따른 전극의 SEM 이미지이다. 도 9d는 실험예 4의 사이클 테스트 후, 비교예 3에 따른 전극의 SEM 이미지이다. Fig. 9a is an SEM image of the electrode according to Example 1 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9b is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 1 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9c is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 2 after the cycle test of Experimental Example 4. Fig. 9d is an SEM image of the electrode according to Comparative Example 3 after the cycle test of Experimental Example 4.

도 10a는 도 9a의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10b는 도 9b의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10c는 도 9c의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. 도 10d는 도 9d의 전극을 수직으로 절단한 SEM 이미지이다. Fig. 10a is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9a. Fig. 10b is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9b. Fig. 10c is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9c. Fig. 10d is an SEM image taken vertically through the electrode of Fig. 9d.

도 9a 내지 9d 및 도 10a 내지 10d를 참고하면, 실시예 1의 전극 보호막이 리튬 메탈의 표면 위로 쌓이는 리튬이온의 덴드라이트를 물리적으로 억제함과 동시에, 사이클 테스트 후에도 전극 보호막이 리튬 메탈의 표면 위에서 구조적으로 안정적으로 유지되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 9A to 9D and 10A to 10D, it can be confirmed that the electrode protective film of Example 1 physically suppresses lithium ion dendrites accumulating on the surface of the lithium metal, and at the same time, the electrode protective film remains structurally stable on the surface of the lithium metal even after the cycle test.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 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. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

Claims (20)

도전재(Conductive additive);
금속계 소재; 및
기공 형성제(Pore former); 를 포함하는,
전극 보호막 형성용 슬러리.
Conductive additive;
Metallic materials; and
Containing a pore former;
Slurry for forming an electrode protective film.
제1항에 있어서,
상기 도전재는,
그래핀, 탄소나노튜브, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인,
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the first paragraph,
The above challenge is,
Any one selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, and combinations thereof,
Slurry for forming an electrode protective film.
제2항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는
단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인,
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the second paragraph,
The above carbon nanotubes
Any one selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and combinations thereof,
Slurry for forming an electrode protective film.
제1항에 있어서,
상기 금속계 소재의 전기전도도(Conductivity)는 20℃에서 4.1 X 107 S/m 이상인
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the first paragraph,
The electrical conductivity of the above metal material is 4.1 X 10 7 S/m or more at 20℃.
Slurry for forming an electrode protective film.
제4항에 있어서,
상기 금속계 소재의 전기전도도(Conductivity)는 20℃에서 5.00 X 107 S/m 이상인,
전극 보호막 형성용 슬러리.
In paragraph 4,
The electrical conductivity of the above metal material is 5.00 X 10 7 S/m or more at 20℃.
Slurry for forming an electrode protective film.
제1항에 있어서,
상기 금속계 소재는,
구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인,
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the first paragraph,
The above metal material is,
Any one selected from the group consisting of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au) and combinations thereof.
Slurry for forming an electrode protective film.
제1항에 있어서,
상기 기공 형성제는,
ZnO, Al2O3, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, MnO2, FeO, Co3O4, TiO2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인,
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the first paragraph,
The above pore forming agent is,
Any one selected from the group consisting of ZnO , Al2O3 , SiO2 , ZrO2 , SnO2 , CeO2 , MgO , NiO , CaO, MnO2 , FeO, Co3O4 , TiO2 and combinations thereof,
Slurry for forming an electrode protective film.
제1항에 있어서,
바인더; 를 더 포함하는
전극 보호막 형성용 슬러리.
In the first paragraph,
Binder; including more
Slurry for forming an electrode protective film.
(S1) 도전재; 금속계 소재를 포함하는 전구체; 및 기공 형성제(Pore former)를 혼합하여 복합체를 제조하는 단계; 및
(S2) 상기 복합체와 바인더를 혼합하여 전극 보호막 형성용 슬러리를 제조하는 단계; 를 포함하는
전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법.
(S1) a step of manufacturing a composite by mixing a precursor including a metal-based material; and a pore former; and
(S2) a step of preparing a slurry for forming an electrode protective film by mixing the above complex and a binder; including;
A method for producing a slurry for forming an electrode protective film.
제9항에 있어서,
상기 도전재와 상기 금속계 소재를 포함하는 전구체의 중량비(도전재:금속계 소재를 포함하는 전구체)는 1:15 내지 1:20인,
전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법.
In Article 9,
The weight ratio of the precursor including the above-mentioned conductive material and the above-mentioned metal-based material (conductive material: precursor including the metal-based material) is 1:15 to 1:20.
A method for producing a slurry for forming an electrode protective film.
제9항에 있어서,
상기 복합체와 상기 바인더의 중량비(복합체:바인더)는 6:4 내지 9:1인,
전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법.
In Article 9,
The weight ratio of the above complex and the above binder (composite:binder) is 6:4 to 9:1.
A method for producing a slurry for forming an electrode protective film.
제9항에 있어서,
상기 기공 형성제의 함량은 상기 복합체의 전체 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%인,
전극 보호막 형성용 슬러리의 제조방법.
In Article 9,
The content of the above pore forming agent is 1 to 5 wt% based on the total weight of the above complex.
A method for producing a slurry for forming an electrode protective film.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리가 건조된, 전극 보호막.
An electrode protective film, wherein the slurry for forming an electrode protective film according to any one of claims 1 to 8 is dried.
음극 기재; 및
상기 음극 기재의 적어도 일면 상에 배치된 제13항에 따른 전극 보호막; 을 포함하는,
이차전지용 음극.
cathode substrate; and
An electrode protective film according to claim 13, disposed on at least one surface of the cathode substrate;
Cathode for secondary batteries.
제14항에 있어서,
상기 음극 기재는 리튬 메탈(Li metal)을 포함하는
이차전지용 음극.
In Article 14,
The above negative electrode material contains lithium metal (Li metal).
Cathode for secondary batteries.
제14항에 있어서,
상기 전극 보호막의 두께는 5 내지 20㎛인,
이차전지용 음극.
In Article 14,
The thickness of the above electrode protective film is 5 to 20㎛.
Cathode for secondary batteries.
음극 기재의 적어도 일면 상에, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅한 후 건조하는 단계; 를 포함하는
이차전지용 음극의 제조방법.
A step of coating a slurry for forming an electrode protective film according to any one of claims 1 to 8 on at least one surface of a cathode substrate and then drying it;
Method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제17항에 있어서,
상기 전극 보호막 형성용 슬러리를 코팅하는 단계는,
닥터 블레이드 코팅(Doctor blade coating), 딥 코팅(Dip coating), 그라비아 코팅(Gravure coating), 슬릿 다이 코팅(Slit die coating), 스핀 코팅(Spin coating), 콤마 코팅(Comma coating), 바 코팅(Bar coating), 리버스 롤 코팅 (Reverse roll coating), 스크린 코팅(Screen coating), 및 캡 코팅(Cap coating)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 방법을 이용하는 단계인,
이차전지용 음극의 제조방법.
In Article 17,
The step of coating the slurry for forming the above electrode protective film is:
A step of using at least one method selected from the group consisting of doctor blade coating, dip coating, gravure coating, slit die coating, spin coating, comma coating, bar coating, reverse roll coating, screen coating, and cap coating.
Method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제17항에 있어서,
상기 코팅된 전극 보호막 형성용 슬러리는 40 내지 80℃에서 10 내지 40시간 동안 건조되는,
이차전지용 음극의 제조방법.
In Article 17,
The slurry for forming the above-mentioned coated electrode protective film is dried at 40 to 80°C for 10 to 40 hours.
Method for manufacturing a negative electrode for a secondary battery.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 음극;
양극;
상기 음극 및 양극 사이에 개재되는 분리막; 및
전해액; 을 포함하는
이차전지.
A negative electrode for a secondary battery according to any one of claims 14 to 16;
anode;
A separator interposed between the cathode and the anode; and
containing electrolyte;
Secondary battery.
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