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KR102803199B1 - Separator for secondary battery comprising coating layers of carbon, secondary battery comprising the same, and method for preparing the secondary battery - Google Patents

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KR102803199B1
KR102803199B1 KR1020190170502A KR20190170502A KR102803199B1 KR 102803199 B1 KR102803199 B1 KR 102803199B1 KR 1020190170502 A KR1020190170502 A KR 1020190170502A KR 20190170502 A KR20190170502 A KR 20190170502A KR 102803199 B1 KR102803199 B1 KR 102803199B1
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Abstract

본원발명은 흑연 코팅층을 포함하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 리튬 이온 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지용 분리막의 음극 대면 부분에 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층이 존재하고, 양극 대면부분에는 양극 활물질을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 리튬 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery separator including a graphite coating layer, a lithium ion secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a secondary battery separator characterized in that an anode-facing coating layer including a cathode active material is present on a cathode-facing portion of the secondary battery separator and a cathode-facing portion does not include a cathode active material, a lithium secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same.

Description

흑연 코팅층을 포함하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법 {Separator for secondary battery comprising coating layers of carbon, secondary battery comprising the same, and method for preparing the secondary battery}Separator for secondary battery comprising coating layers of carbon, secondary battery comprising the same, and method for preparing the secondary battery

본원발명은 흑연 코팅층을 포함하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이차전지용 분리막의 음극 대면 부분에 음극 활물질을 포함하는 코팅층이 존재하고, 양극 대면부분에는 양극 활물질을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막, 이를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery separator including a graphite coating layer, a secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a secondary battery separator characterized in that a coating layer including a negative electrode active material exists on a negative electrode-facing portion of the secondary battery separator and a positive electrode-facing portion does not include a positive electrode active material, a secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same.

리튬 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 충방전이 가능한 전극 조립체를 전지케이스에 장착하여 제조한다. 양극 및 음극은 금속 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포하고 건조 및 압연하여 제조한다. 분리막은 다공성 기재 또는 다공성 기재의 적어도 일면에 코팅층을 포함한다.Lithium secondary batteries are manufactured by mounting a rechargeable electrode assembly having a cathode/separator/negative electrode structure into a battery case. The cathode and anode are manufactured by applying a slurry containing an electrode active material to one or both sides of a metal current collector, drying, and rolling. The separator includes a porous substrate or a coating layer on at least one side of the porous substrate.

분리막은 양극과 음극을 격리하여 두 전극 사이의 전기적 단락 방지하면서 전해질과 이온을 통과시키는 역할을 한다. 분리막은 그 자체로는 전지의 전기화학적 반응에 참여하지 않지만 전해액 젖음성, 다공성 정도와 같은 물리적 성질에 의해 전지의 성능 및 안전성에 영향을 미치는 중요한 구성요소 중 하나이다.The separator isolates the positive and negative electrodes, preventing electrical short-circuiting between the two electrodes while allowing electrolyte and ions to pass through. The separator itself does not participate in the electrochemical reaction of the battery, but it is one of the important components that affects the performance and safety of the battery due to physical properties such as electrolyte wettability and porosity.

일반적으로 단위 셀(10)은 도 1과 같이 음극 집전체(20)의 적어도 일면에 형성된 음극 활물질층(21)을 가진 음극; 분리막(30); 및 양극 집전체(40)의 적어도 일면에 형성된 양극 집전체(41)를 가진 양극;으로 구성된다. 이 때, 분리막은 도 1과 같이 다공성 기재만 존재할 수도 있고, 다공성 기재의 적어도 일면에 무기물 코팅층이 형성되어 있을 수 있다. 분리막은 음극 활물질층과 다공성 기재 또는 무기물 코팅층 간의 접착력이 떨어져 이차전지 제조 공정 중 또는 이차전지 사용시 외부 충격이 발생할 경우, 분리막과 음극이 분리되는 현상이 발생할 수 있다.In general, a unit cell (10) is composed of a negative electrode having a negative active material layer (21) formed on at least one surface of a negative electrode current collector (20), as shown in FIG. 1; a separator (30); and a positive electrode having a positive electrode current collector (41) formed on at least one surface of a positive electrode current collector (40). At this time, the separator may only have a porous substrate, as shown in FIG. 1, or may have an inorganic coating layer formed on at least one surface of the porous substrate. If the adhesion between the negative electrode active material layer and the porous substrate or the inorganic coating layer of the separator is low, a phenomenon in which the separator and the negative electrode are separated may occur when an external impact occurs during the secondary battery manufacturing process or when the secondary battery is used.

리튬이온 이차전지의 충전 시 리튬 이온은 양극에서 분리막을 거쳐 음극으로 이동하기 때문에, 리튬이온의 이동을 위해 음극과 분리막이 부착되어 있는 상태가 유지되어야 한다.When charging a lithium-ion secondary battery, lithium ions move from the positive electrode through the separator to the negative electrode. Therefore, the negative electrode and separator must remain attached to allow the movement of lithium ions.

외부 충격에 따른 분리막과 음극 사이의 전기적 단락을 방지하고 이온전도도 향상을 위해, 분리막과 음극 사이의 접착력을 증가시키는 다양한 방법이 시도되고 있다.To prevent electrical short-circuiting between the separator and the cathode due to external impact and to improve ionic conductivity, various methods are being attempted to increase the adhesive strength between the separator and the cathode.

접착력 향상을 위해 가장 간단히 생각할 수 있는 방법은 바인더를 이용하는 방법이다. 분리막의 음극 대면에 바인더 층을 두는 방법을 고려할 수 있다. 바인더 층에 바인더의 양을 증가시키거나 강력한 접착력을 가지는 바인더를 사용할 수 있다. 바인더 층 자체가 저항으로 작용할 수 있고, 바인더의 사용량이 늘어날수록 전지 전체의 용량이 감소하는 문제점이 발생한다.The simplest way to improve adhesion is to use a binder. A method of placing a binder layer on the cathode surface of the separator can be considered. The amount of binder in the binder layer can be increased, or a binder with strong adhesion can be used. The binder layer itself can act as a resistor, and as the amount of binder used increases, the capacity of the entire battery decreases, which is a problem.

음극과 분리막 사이의 접착력을 높이기 위해 음극 활물질을 두 층으로 형성하여 음극의 분리막 대면에 분리막과 접착력이 좋은 물질을 배치시는 방법도 고려할 수 있다. 두 층의 활물질을 형성하는 방법은 그 공정이 복잡하고, 구성이 다른 두 층의 활물질로 인해서 전지의 성능이 저하할 수 있다.In order to increase the adhesive strength between the negative electrode and the separator, a method of forming the negative electrode active material in two layers and placing a material with good adhesive strength with the separator on the surface of the negative electrode facing the separator can also be considered. The method of forming two layers of active materials is complicated in its process, and the performance of the battery may be reduced due to the two layers of active materials having different compositions.

특허문헌 1은 분리막의 각 전극과 대면하는 면 중 적어도 하나에 대면하는 전극에 대응되는 활물질을 포함하는 코팅층을 가지고 있으나, 전극 집전체에 상기 분리막이 바로 결합하여 전극 집전체와 활물질층 사이의 결합력은 고려하지 않고 있다.Patent Document 1 has a coating layer including an active material corresponding to the electrode facing at least one of the surfaces facing each electrode of the separator, but the separator is directly bonded to the electrode current collector, and the bonding force between the electrode current collector and the active material layer is not considered.

특허문헌 2의 경우, 분리막의 전극 집전체 활물질층에 대면하는 면에 상기 전극 활물질층과 동일한 물질을 포함하고 있으나, 양극과 음극을 구별하지 않고 모든 전극에 대해 접착력을 향상시키고 있어, 분리막과 전극 사이의 접착력 및 외부 충격에 따른 안전성은 향상시키고 있으나, 이미 접착력이 뛰어난 양극에도 접착층을 형성하고 있어 전지의 성능 및 용량에 대한 고려가 없다.In the case of patent document 2, the surface of the separator facing the electrode current collector active material layer contains the same material as the electrode active material layer, but the adhesive strength is improved for all electrodes without distinguishing between the positive and negative electrodes, thereby improving the adhesive strength between the separator and the electrode and safety against external impact, but since an adhesive layer is formed even on the positive electrode, which already has excellent adhesive strength, there is no consideration for the performance and capacity of the battery.

이와 같이 각 전극과 분리막의 접착력을 향상시켜 안정성을 높이고 이를 통해 전지의 성능 및 용량을 증가시키는 분리막에 대한 고려가 필요한 실정이다.In this way, it is necessary to consider a separator that improves the adhesion between each electrode and the separator to increase stability and thereby increase the performance and capacity of the battery.

대한민국 공개특허공보 제2009-0012134호(2009.02.02)Republic of Korea Patent Publication No. 2009-0012134 (2009.02.02) 대한민국 공개특허공보 제2014-0086066호(2014.07.08)Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0086066 (July 8, 2014)

본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음극과 분리막의 접착력을 향상시켜 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 분리막, 이를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems, and aims to provide a separator capable of improving the performance of a battery by enhancing the adhesive strength between a cathode and a separator, a secondary battery including the same, and a method for manufacturing the same.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본원발명의 일 양태는 다공성 기재; 상기 다공성 기재 중 음극 활물질층과 대면하는 부분에 형성되며 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층;을 포함하는 이차전지용 분리막에 있어서, 상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분에는 양극 활물질이 부가되지 않는 이차전지용 분리막을 제공한다.In order to solve the above problems, one aspect of the present invention provides a secondary battery separator including a porous substrate; an anode-facing coating layer formed on a portion of the porous substrate facing a cathode active material layer and including a cathode active material; wherein the cathode active material is not added to a portion of the porous substrate facing a cathode.

상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분은 양극 활물질을 포함하지 않는 무기물 코팅층이 부가될 수 있다.A portion of the above porous substrate facing the anode may have an inorganic coating layer added that does not contain a cathode active material.

상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분은 어떠한 코팅층도 부가되지 않을 수 있다.The portion of the above porous substrate facing the anode may not have any coating layer added.

상기 음극대면 코팅층은 무기물 코팅층에 존재하거나, 무기물 코팅층 상에 별도로 존재할 수 있다.The above cathode-facing coating layer may be present in the inorganic coating layer or may be present separately on the inorganic coating layer.

상기 음극 활물질은 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질 중 하나 이상일 수 있다.The above negative active material may be at least one of graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon fiber, and the like.

상기 음극대면 코팅층은 음극 활물질과 동일한 물질을 포함하거나, 상기 음극대면 코팅층은 음극 활물질층과 동일할 수 있다.The above cathode-facing coating layer may contain the same material as the cathode active material, or the above cathode-facing coating layer may be the same as the cathode active material layer.

본원발명의 다른 양태는 양극; 음극, 본원발명에 따른 분리막을 포함하는 이차전지를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator according to the present invention.

양극의 분리막 대면 양극 활물질층과, 음극의 분리막 대면 음극 활물질층 및 분리막의 음극대면 코팅층을 합한 두께가 같을 수 있다.The combined thickness of the positive electrode active material layer facing the separator of the positive electrode, the negative electrode active material layer facing the separator of the negative electrode, and the negative electrode coating layer of the separator may be the same.

본원발명은 S1) 분리막 대면에 음극 활물질층을 포함하는 음극, 양극을 준비하는 단계; S2) 분리막 다공성 기재의 음극 대면에 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층을 형성하는 단계; S3) 상기 음극의 음극 활물질층과 상기 분리막 음극대면 코팅층이 마주보도록 음극, 분리막 양극을 적층한 후 압연하는 단계;를 포함하는 전극조립체 제조방법일 수 있다.The present invention may be a method for manufacturing an electrode assembly, including the steps of S1) preparing a cathode and anode including a cathode active material layer on a separator surface; S2) forming a cathode-facing coating layer including a cathode active material on the cathode-facing surface of a porous substrate of a separator; and S3) laminating the cathode and the separator anode so that the cathode active material layer of the cathode and the separator cathode-facing coating layer face each other and then rolling.

또한 상기 S2)단계 이전에 다공성 기재의 적어도 일면에 무기물 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include a step of forming an inorganic coating layer on at least one surface of the porous substrate prior to the step S2).

상기와 같은 구성들은 서로 상충되지 않는 한 서로 조합하여 사용이 가능하다.The above configurations can be used in combination as long as they do not conflict with each other.

본원발명은 음극 활물질층과 대면하는 분리막 음극대면 코팅층에 음극 활물질을 포함하도록 하여 음극과 분리막의 접착력을 향상시키고, 전지의 성능 및 용량이 향상된 분리막을 얻을 수 있다. 본원발명은 양극 활물질층과 대면하는 분리막에는 양극 활물질이 부가되지 않는다.The present invention improves the adhesion between the negative electrode and the separator by including a negative electrode active material in the negative electrode-facing coating layer of the separator facing the negative electrode active material layer, and can obtain a separator with improved performance and capacity of the battery. In the present invention, the positive electrode active material is not added to the separator facing the positive electrode active material layer.

또한 분리막의 코팅층에 음극 활물질을 포함시키는 단순한 공정으로 음극과 분리막의 접착력을 향상시킬 수 있어, 음극, 분리막, 양극의 적층체를 형성하는 과정이 단순해지고, 적층체 형성시 불량률이 감소한다.In addition, the adhesion between the negative electrode and the separator can be improved through a simple process of including a negative electrode active material in the coating layer of the separator, thereby simplifying the process of forming a laminate of the negative electrode, separator, and positive electrode, and reducing the defect rate during the formation of the laminate.

게다가 분리막과 음극의 접착력이 향상되어, 외부 충격이 가해지더라도 분리막이 탈리될 가능성이 줄어들어 전지의 안전성이 향상된다.In addition, the adhesion between the separator and the cathode is improved, so the possibility of the separator detaching even when external impact is applied is reduced, thereby improving the safety of the battery.

도 1은 종래 기술인 제1종래 예에 따른 음극, 분리막, 양극을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래 기술인 제2종래 예에 따른 음극, 분리막, 양극을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본원발명의 제1예에 따른 음극, 분리막, 양극을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본원발명의 제2예에 따른 분리막을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본원발명의 제3예에 따른 분리막을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본원발명의 제4예에 따른 분리막을 나타낸 모식도이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a cathode, a separator, and an anode according to a first conventional example of the prior art.
Figure 2 is a schematic diagram showing a cathode, a separator, and an anode according to a second conventional example of the prior art.
Figure 3 is a schematic diagram showing a cathode, a separator, and an anode according to the first example of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a separation membrane according to a second example of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing a separation membrane according to a third example of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing a separation membrane according to the fourth example of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can easily practice the present invention. However, when describing the operating principle of a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a specific description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such detailed description will be omitted.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Also, the same drawing symbols are used for parts that have similar functions and actions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only cases where it is directly connected, but also cases where it is indirectly connected with other elements in between. Also, including a certain component does not mean excluding other components unless specifically stated otherwise, but rather means that other components can be included.

이하 본원발명에 관한 이해를 돕기 위해 본원발명을 보다 자세히 설명한다. 이는 본원발명을 예하기 위한 것이며, 이에 의하여 본원발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In order to help understand the present invention, the present invention will be described in more detail below. This is intended to be an example of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본원발명은 이차전지용 분리막에 관한 것으로서, 상기 분리막은, 다공성 기재; 상기 다공성 기재 중 음극 활물질층과 대면하는 부분에 형성되며 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층이 형성되어 있으며, 상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분에는 양극 활물질이 부가되지 않는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a separator for a secondary battery, wherein the separator comprises: a porous substrate; an anode-facing coating layer formed on a portion of the porous substrate facing a cathode active material layer and containing a cathode active material; and a cathode active material is not added to a portion of the porous substrate facing a cathode.

상기 다공성 기재는 전지의 분리막에 사용되는 모든 다공성 기재를 사용할 수 있으나, 이온전도도가 뛰어난 다공성 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 이 때 다공성 기재의 기공 직경은 일반적으로 0.01㎛ ~ 10㎛이고, 두께는 일반적으로 5㎛ ~ 300㎛이다. 이러한 다공성 기재로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The porous substrate may be any porous substrate used for a battery separator, but it is preferable to use a porous substrate having excellent ion conductivity. At this time, the pore diameter of the porous substrate is generally 0.01 μm to 10 μm, and the thickness is generally 5 μm to 300 μm. As such a porous substrate, for example, a chemically resistant and hydrophobic olefin polymer such as polypropylene; a sheet or nonwoven fabric made of glass fiber or polyethylene; or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as the separator.

음극 활물질층은 음극 집전체 상에 형성되어 있을 수 있다. 상기 음극 활물질층은 음극 활물질, 도전재, 바인더를 포함하는 슬러리를 음극 집전체의 일면 또는 양면에 도포하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 음극 활물질층은 음극 집전체의 분리막 대면에 형성되어 있거나, 음극 집전체의 양면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 음극의 음극 활물질층이 분리막 대면에 형성되어 있고, 상기 분리막의 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층이 음극 활물질층과 대면하는 부분에 형성되어 있도록 배치되어 있어, 음극과 분리막 사이의 접착력이 향상된다.The negative active material layer may be formed on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer may be formed by applying a slurry containing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder to one side or both sides of the negative electrode current collector. At this time, the negative electrode active material layer may be formed on the separator-facing side of the negative electrode current collector, or may be formed on both sides of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer of the negative electrode is formed on the separator-facing side, and the negative electrode-facing coating layer containing the negative electrode active material of the separator is formed on a portion facing the negative electrode active material layer, so that the adhesive force between the negative electrode and the separator is improved.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The above negative electrode current collector is generally made with a thickness of 3 ㎛ to 500 ㎛. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive and does not cause a chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. In addition, like the positive electrode current collector, the surface may be formed with fine unevenness to strengthen the bonding strength of the negative electrode active material, and can be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, and non-woven fabric.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다. Examples of the negative active material include carbon such as non-graphitizable carbon and graphite carbon; metal composite oxides such as Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elements of group 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloy; tin-based alloy; Metal oxides such as SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene ; Li-Co-Ni based materials, etc. can be used.

상기 도전재는 통상적으로 음극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent is typically added in an amount of 0.1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the negative active material. The conductive agent is not particularly limited as long as it has conductivity and does not cause a chemical change in the battery, and for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black; conductive fibers such as carbon fibers or metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskey such as zinc oxide or potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; conductive materials such as polyphenylene derivatives, etc. can be used.

상기 음극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 하지만, 리튬 이차전지의 열화를 방지하기 위하여 스티렌-부타디엔 고무와 같은 수계 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 수계 바인더를 사용할 경우, 동일 체적당 활물질 비율이 높아져 고용량, 장수명 등 전지 성능 향상 효과를 얻을 수 있다. 하지만 수계 바인더를 사용하는 경우 수분을 완전히 제거하는 것 자체가 불가능 하기 때문에, 양극과 같이 금속을 집전체로 사용하는 경우에는 수계 바인더를 사용하기 어렵다. 또한 양극 활물질은 수계 물질에 잘 용해되지 않고, 음극 활물질은 수계 물질에 잘 용해되는 점 및 비용에 따른 성능을 고려하여 보았을 때, 양극 활물질에는 비수계 바인더를 사용하고, 음극 활물질에는 수계 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. The binder included in the above negative electrode is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 0.1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the negative electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like. However, it is preferable to use an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber in order to prevent deterioration of the lithium secondary battery. When such an aqueous binder is used, the ratio of the active material per same volume increases, so that the battery performance, such as high capacity and long life, can be improved. However, since it is impossible to completely remove moisture when using an aqueous binder, it is difficult to use an aqueous binder when using a metal as a current collector, such as a positive electrode. In addition, considering that positive electrode active materials do not dissolve well in aqueous substances and negative electrode active materials dissolve well in aqueous substances, and considering performance according to cost, it is preferable to use a non-aqueous binder for positive electrode active materials and an aqueous binder for negative electrode active materials.

분리막의 음극대면 코팅층에 포함된 음극 활물질은 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유 등의 탄소계 물질 중 하나 이상일 수 있다. The negative active material included in the cathode-facing coating layer of the separator may be at least one of graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, carbon fiber, and the like.

상기 음극대면 코팅층에 존재하는 음극 활물질은 음극 활물질층에 존재하는 음극 활물질과 다른 물질이 포함되어 있을 수 있으나, 같은 물질이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 만약 음극 활물질층과 다른 물질이 포함되어 있는 경우, 음극 활물질층과 결합력이 떨어질 수 있고, 양극에서 분리막을 거쳐 음극 활물질층을 통해 음극 집전체까지 리튬이온이 이동할 경우, 저항의 차이가 발생할 수 있기 때문에, 같은 물질인 것이 바람직하다.The negative active material present in the negative electrode-facing coating layer may contain a different material from the negative active material present in the negative electrode active material layer, but it is preferable that it contains the same material. If it contains a different material from the negative electrode active material layer, the bonding strength with the negative electrode active material layer may be reduced, and when lithium ions move from the positive electrode through the separator to the negative electrode current collector through the negative electrode active material layer, a difference in resistance may occur, so it is preferable that it contains the same material.

상기 음극대면 코팅층에는 음극 활물질층에 포함된 도전재, 바인더가 포함되어 있을 수 있다. 상기 음극대면 코팅층은 음극 활물질층과 동일한 물질이 포함되어 있을 수 있고, 더 나아가 음극 활물질층의 조성과 동일한 조성을 가질 수도 있다.The above-mentioned cathode-facing coating layer may contain a conductive material and a binder included in the cathode active material layer. The above-mentioned cathode-facing coating layer may contain the same material as the cathode active material layer, and further may have the same composition as the composition of the cathode active material layer.

상기 음극대면 코팅층에는 분리막의 기계적 강도를 향상시키기 위해 무기물이 포함되어 있을 수 있다. 상기 무기물은 코팅층의 두께를 균일하게 형성하고, 적용되는 이차전지의 작동 전압 범위에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The cathode-facing coating layer may contain an inorganic substance to improve the mechanical strength of the separator. The inorganic substance is not particularly limited as long as it forms a uniform thickness of the coating layer and does not cause an oxidation and/or reduction reaction in the operating voltage range of the applied secondary battery. In particular, when an inorganic particle having an ion transfer capability is used, the ion conductivity within the electrochemical device can be increased, thereby improving performance. In addition, when an inorganic particle having a high permittivity is used as the inorganic particle, the degree of dissociation of an electrolyte salt, such as a lithium salt, in a liquid electrolyte can be increased, thereby improving the ion conductivity of the electrolyte.

상기 무기물로서 알루미나(Al2O3)가 많이 사용되었으나, 최근에는 난연성을 향상시키기 위한 목적으로 금속 또는 금속산화물의 수산화물도 사용될 수 있다.Alumina (Al 2 O 3 ) has been widely used as the above-mentioned inorganic material, but recently, metal or metal oxide hydroxides can also be used for the purpose of improving flame retardancy.

상기 금속 수산화물 또는 금속 수화물은 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 알루미늄 옥시하이드록사이드(AlO(OH)), CaO??Al2O3??6H2O 중에서 선택된 것 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화크롬, 수산화니켈, 수산화붕소 혹은 이들의 2 종 이상의 조합일 수 있다.The above metal hydroxide or metal hydrate may be selected from aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), aluminum oxyhydroxide (AlO(OH)), CaO?? Al2O3 ?? 6H2O , or may be aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, nickel hydroxide, boron hydroxide, or a combination of two or more thereof.

상기 금속 산화물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 금속 산화물은 유전율 상수가 5 이상인 금속 산화물, 압전성(piezoelectricity)을 갖는 금속 산화물 및 리튬 이온 전달 능력을 갖는 금속 산화물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The type of the metal oxide is not particularly limited, and for example, the metal oxide may be at least one selected from the group consisting of a metal oxide having a dielectric constant of 5 or more, a metal oxide having piezoelectricity, and a metal oxide having lithium ion transfer capability.

상기 유전율 상수가 5 이상인 금속 산화물은 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3 또는 TiO2일 수 있다.The metal oxide having a dielectric constant of 5 or more may be SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 or TiO 2 .

상기 압전성을 갖는 금속 산화물은 일정 압력 인가시 입자의 양쪽면 간에 발생되는 양 전하 및 음전하로 인해 전위차가 형성되는 것으로, BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), hafnia (HfO2) 또는 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The above piezoelectric metal oxide forms a potential difference due to positive and negative charges generated between both sides of the particle when a certain pressure is applied, and may be at least one selected from the group consisting of BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), hafnia (HfO 2 ), or a mixture thereof.

상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 금속 산화물은 리튬 원소를 함유하되, 리튬을 저장하지 않고 리튬 이온을 이동시키는 것으로, 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), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5와 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트 (LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), Li3.25Ge0.25P0.75S4와 같은 리튬게르마니움티오포스페이트 (LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.The metal oxide having the lithium ion transport capability contains a lithium element, but moves lithium ions without storing lithium, and includes 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) such as 14Li 2 O -9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 ), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0<x<2, 0<y<3), Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , and It may be at least one selected from the group consisting of lithium germanium thiophosphate (Li x Ge y P z S w , 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5) or mixtures thereof.

추가적으로, 상기 금속 산화물 이외에 Li3N와 같은 리튬나이트라이드 (LixNy, 0<x<4, 0<y<2), Li3PO4-Li2S-SiS2와 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), LiI-Li2S-P2S5와 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0<x<3, 0<y< 3, 0<z<7) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.Additionally, in addition to the metal oxide, the composition may further include at least one selected from the group consisting of lithium nitride such as Li 3 N (Li x N y , 0<x<4, 0<y<2), SiS 2 series glass such as Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 (Li x Si y S z , 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), P 2 S 5 series glass such as LiI-Li 2 SP 2 S 5 (Li x P y S z , 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), or mixtures thereof.

도 3은 본원발명의 제1예에 따른 음극, 분리막, 양극을 포함하는 단위 셀(100)을 나타낸다.FIG. 3 shows a unit cell (100) including a cathode, a separator, and an anode according to the first example of the present invention.

본원발명에 따른 양극은 양극 집전체로 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 등 금속을 사용한다. 이 중 알루미늄이 가장 선호된다.The anode according to the present invention uses a metal such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, or aluminum or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver as the anode current collector. Among these, aluminum is most preferred.

양극 활물질에 사용되는 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등으로 구성될 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material used in the cathode active material includes, for example, a layered compound such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 having the chemical formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (wherein, x is 0 to 0.33); lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the chemical formula LiNi 1-x M x O 2 (wherein, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3); A lithium manganese composite oxide represented by the chemical formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein, M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of the Li in the chemical formula is replaced with an alkaline earth metal ion; a disulfide compound; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , etc., but is not limited thereto.

양극에 사용하는 도전재는 음극에 사용되는 도전재의 종류와 동일하다. 양극에 사용되는 도전재는 상기 음극에 사용되는 바인더와 동일한 종류를 사용할 수 있으나, 양극 집전체가 금속인 점, 양극 활물질은 수계 물질에 잘 녹지 않는 점 및 활물질 내의 금속 원소가 존재하는 점을 고려하여 수계 바인더보다 비수계 바인더인 것이 더 바람직하다. The conductive material used in the positive electrode is of the same type as the conductive material used in the negative electrode. The conductive material used in the positive electrode can be of the same type as the binder used in the negative electrode. However, considering that the positive electrode current collector is made of metal, the positive electrode active material does not dissolve well in aqueous substances, and the presence of metal elements in the active material, a non-aqueous binder is more preferable than an aqueous binder.

도 2는 종래기술인 제2종래 예에 따른 음극, 분리막, 양극을 포함하는 단위 셀(10)을 나타낸 모식이다. 제2종래 예에 따른 분리막은, 다공성 기재(30)의 음극대면에는 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층(31)을 가지고 있고, 양극대면에는 양극 활물질을 포함하는 양극대면 코팅층(32)를 가지고 있다. 또한, 음극 집전체(20)의 분리막 대면에는 음극 활물질층(21)을, 양극 집전체(40)의 분리막 대면에는 양극 활물질층(41)을 포함하고 있다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a unit cell (10) including a cathode, a separator, and an anode according to a second conventional example, which is a prior art. The separator according to the second conventional example has an anode-facing coating layer (31) including a cathode active material on the cathode surface of a porous substrate (30), and an anode-facing coating layer (32) including a cathode active material on the cathode surface. In addition, an anode active material layer (21) is included on the separator surface of the cathode current collector (20), and an anode active material layer (41) is included on the separator surface of the cathode current collector (40).

하지만 본원발명의 제1예에 따른 음극, 분리막, 양극은 상기 제2종래 예의 분리막과 다르게, 다공성 기재(300) 중 양극과 대면하는 부분에는 어떠한 코팅층도 부가되지 않는다. 음극대면에는 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층(310)을 가지고 있다. 이는 양극 활물질층에 사용하는 비수계 바인더의 접착성 때문에, 양극대면에 양극 활물질을 포함하는 코팅층을 형성할 경우, 분리막의 기공이 막혀 전지의 성능을 감소시킬 수 있기 때문이다. 이 때, 음극은 음극 집전체(200)의 분리막 대면에 음극 활물질층(210)을 포함하고, 양극은 양극 집전체(300)의 분리막 대면에는 양극 활물질층(310)을 포함하는 형태를 가진다.However, unlike the separator of the second conventional example, the negative electrode, separator, and positive electrode according to the first example of the present invention do not have any coating layer added to the portion of the porous substrate (300) facing the positive electrode. The negative electrode surface has a negative electrode surface coating layer (310) including a negative electrode active material. This is because, due to the adhesiveness of the non-aqueous binder used in the positive electrode active material layer, if a coating layer including a positive electrode active material is formed on the positive electrode surface, the pores of the separator may be blocked, thereby reducing the performance of the battery. At this time, the negative electrode includes a negative electrode active material layer (210) on the separator surface of the negative electrode current collector (200), and the positive electrode includes a positive electrode active material layer (310) on the separator surface of the positive electrode current collector (300).

도 4는 본원발명의 제2예, 도 5는 본원발명의 제3예, 도 6은 본원발명의 제4예에 따른 분리막을 나타낸 모식도이다.FIG. 4 is a schematic diagram showing a separation membrane according to a second example of the present invention, FIG. 5 is a schematic diagram showing a separation membrane according to a third example of the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram showing a separation membrane according to a fourth example of the present invention.

제2예는 제1예의 분리막과 달리 음극 활물질을 포함하고 있는 음극대면 코팅층(310)과 다공성 기재(300) 사이에 무기물 코팅층(320)이 더 부가되어 있는 분리막을 나타내고 있다.The second example shows a separator in which, unlike the separator of the first example, an inorganic coating layer (320) is additionally added between the cathode-facing coating layer (310) containing a cathode active material and the porous substrate (300).

제3예는 제1예의 분리막의 양극대면에 무기물 코팅층(320)이 더 부가되어 있는 분리막을 나타내고 있다.The third example shows a separator in which an inorganic coating layer (320) is further added to the anode surface of the separator of the first example.

제4예는 제2예의 분리막의 양극대면에 무기물 코팅층(320)이 더 부가되어 있는 분리막을 나타내고 있다.Example 4 shows a separator in which an inorganic coating layer (320) is further added to the anode surface of the separator of Example 2.

이 때, 분리막의 음극대면 활물질층과 음극의 활물질층 사이에 바인더층이 부가되어 있을 수 있으나, 바인더 자체가 저항으로 작용하므로 별도로 부가되어 있지 않는 것이 바람직하다.At this time, a binder layer may be added between the cathode-facing active material layer of the separator and the cathode active material layer, but it is preferable not to add it separately because the binder itself acts as resistance.

상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분은 도 3 또는 도 4의 제1예 또는 제2예와 같이 다공성 기재만으로 이루어져 있을 수 있다. 양극과 대면하는 부분이 다공성 기재만으로 이루어져 있는 경우, 분리막 기재 자체가 양극의 양극 집전체나 양극 활물질층과 직접 대면할 수 있다.Among the above porous substrates, the portion facing the positive electrode may be composed solely of the porous substrate, as in the first or second example of Fig. 3 or Fig. 4. When the portion facing the positive electrode is composed solely of the porous substrate, the separator substrate itself may directly face the positive electrode current collector or the positive electrode active material layer of the positive electrode.

상기 무기물 코팅층은 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 무기물 코팅층은 다공성 기재의 물리적 성질을 보완하기 위해 부가될 수 있다. 상기 무기물 코팅층에 포함된 무기물은 코팅층의 두께를 균일하게 형성하고, 적용되는 이차전지의 작동 전압 범위에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The above inorganic coating layer may be formed on at least one surface of the porous substrate. The inorganic coating layer may be added to supplement the physical properties of the porous substrate. The inorganic material included in the inorganic coating layer is not particularly limited as long as it forms a uniform thickness of the coating layer and does not cause oxidation and/or reduction reactions within the operating voltage range of the applied secondary battery. In particular, when inorganic particles having ion transfer capability are used, the ion conductivity within the electrochemical device can be increased, thereby improving performance. In addition, when inorganic particles having a high permittivity are used as the inorganic particles, the degree of dissociation of an electrolyte salt, such as a lithium salt, in a liquid electrolyte can be increased, thereby improving the ion conductivity of the electrolyte.

이는 상기 언급된 음극대면 코팅층에 부가될 수 있는 무기물에 사용할 수 있는 물질과 동일한 물질들을 선택적으로 사용할 수 있다.This can optionally use the same materials as those that can be used for the inorganic material that can be added to the cathode-facing coating layer mentioned above.

도 5의 제3예, 도 6의 제4예와 같이, 상기 양극 대면하는 부분에 무기물 코팅층(320)만이 존재하여 분리막의 물리적 성능을 향상시킬 수 있다. 이 때, 무기물 코팅층에는 양극 활물질이 포함되어 있지 않아야 한다.As in the third example of Fig. 5 and the fourth example of Fig. 6, only an inorganic coating layer (320) is present on the portion facing the anode, thereby improving the physical performance of the separator. At this time, the inorganic coating layer must not contain a cathode active material.

무기물 코팅층이 음극 대면부에 존재할 경우, 상기 무기물 코팅층은 상기 음극대면 코팅층과 별도의 층으로 존재할 수 있다. 이는 무기물 코팅층으로 분리막의 물리적 성능을 향상시키고, 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층을 이용하여 음극과 분리막의 접착력을 향상시키도록 하여 각 층의 성능을 향상시키기 위함이다.When an inorganic coating layer exists on the cathode-facing surface, the inorganic coating layer may exist as a separate layer from the cathode-facing coating layer. This is to improve the physical performance of the separator by using the inorganic coating layer, and to improve the adhesion between the cathode and the separator by using the cathode-facing coating layer containing the cathode active material, thereby improving the performance of each layer.

이 때, 상기 음극대면 코팅층(310)은 도 4의 제2예, 도 6의 제4예와 같이, 상기 무기물 코팅층(320) 상에 존재하여 음극과 음극대면 코팅층이 직접 만나도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the cathode-facing coating layer (310) be present on the inorganic coating layer (320), such as in the second example of FIG. 4 and the fourth example of FIG. 6, so that the cathode and the cathode-facing coating layer directly meet.

상기 다공성 기재의 양극 대면과 음극 대면에 형성된 무기물 코팅층은 같은 물질을 포함할 수 있지만, 각 코팅층에 요구되는 기능에 따라 다른 물질을 포함할 수도 있다.The inorganic coating layers formed on the anode and cathode surfaces of the above porous substrate may contain the same material, but may also contain different materials depending on the function required for each coating layer.

본원발명은 상기 언급된 분리막, 양극, 분리막과 대면하는 면에 음극 활물질층을 포함하는 음극을 가진 이차전지일 수 있다.The present invention may be a secondary battery having the above-mentioned separator, the positive electrode, and the negative electrode including a negative electrode active material layer on a surface facing the separator.

상기 이차전지는 음극, 분리막, 양극이 적층된 구조의 단위 셀일 수 있고, 상기 단위 셀들이 여러 개 적층된 형태일 수도 있다. 또한, 상기 이차전지는 상기 음극, 분리막, 양극을 롤 형태로 형성하는 원통형 이차전지에도 사용할 수 있고, 음극과 분리막, 양극이 결합되어 존재하는 이차전지의 모든 형태에 사용할 수 있다.The secondary battery may be a unit cell having a structure in which a cathode, a separator, and anode are laminated, and may also be in a form in which multiple unit cells are laminated. In addition, the secondary battery may be used in a cylindrical secondary battery in which the cathode, separator, and anode are formed in a roll shape, and may be used in all forms of secondary batteries in which the cathode, separator, and anode are combined and exist.

양극의 분리막 대면 양극 활물질층과, 음극의 분리막 대면 음극 활물질층 및 분리막의 음극대면 코팅층을 합한 두께가 같을 수 있다.The combined thickness of the positive electrode active material layer facing the separator of the positive electrode, the negative electrode active material layer facing the separator of the negative electrode, and the negative electrode coating layer of the separator may be the same.

이는 음극의 분리막 대면 음극 활물질층과 분리막의 음극대면 코팅층의 두께가 지나치게 두꺼워져 전지의 효율 및 전지 밀도에 따른 용량을 확보하기 위해서는 같은 것이 바람직하다.This is because the thickness of the negative electrode active material layer facing the separator of the cathode and the thickness of the negative electrode coating layer of the separator are too thick, so it is desirable that they be the same in order to secure the capacity according to the efficiency and battery density of the battery.

음극의 분리막 대면 음극 활물질층과 분리막의 음극대면 코팅층의 두께에 관하여는 제한이 없으나, 음극 대면 분리막 대면 활물질층의 두께가 분리막의 음극대면 코팅층의 두께보다 더 크거나 같을 수 있다. 이는 분리막의 음극대면 코팅층에 지나치게 두꺼운 활물질층을 형성하기 힘들고, 만약 두꺼운 활물질층을 형성할 경우, 분리막 기재의 기공을 막아 분리막의 기능을 저하시킬 수 있기 때문이다.There is no limitation on the thickness of the cathode-facing cathode active material layer of the separator and the cathode-facing coating layer of the separator, but the thickness of the cathode-facing separator active material layer may be greater than or equal to the thickness of the cathode-facing coating layer of the separator. This is because it is difficult to form an excessively thick active material layer in the cathode-facing coating layer of the separator, and if a thick active material layer is formed, it may block the pores of the separator substrate and deteriorate the function of the separator.

상기 분리막의 음극대면 코팅층의 두께는 양극 대면에 형성된 무기물 코팅층의 두께와 같거나 클 수 있다.The thickness of the cathode-facing coating layer of the above separator may be equal to or greater than the thickness of the inorganic coating layer formed on the anode-facing surface.

이는 분리막의 양극의 양극 활물질층과 음극의 음극 활물질층의 활물질량을 유사하게 유지하게 하기 위해서이다.This is to maintain the amount of active material in the positive active material layer of the positive electrode of the separator and the negative active material layer of the negative electrode similar.

본원발명에 따른 전극조립체는, S1) 적어도 분리막 대면에 음극 활물질층을 포함하는 음극과 양극을 준비하는 단계; S2) 상기 기재에 따른 분리막을 제조하는 단계; S3 상기 음극의 음극 활물질층과 상기 분리막의 음극대면 코팅층이 마주보도록 음극, 분리막, 양극을 적층한 후 압연하는 단계;를 거칠 수 있다.The electrode assembly according to the present invention may be produced by the steps of S1) preparing a cathode and an anode including a cathode active material layer at least on a separator surface; S2) manufacturing a separator according to the above description; S3) laminating the cathode, separator, and anode so that the cathode active material layer of the cathode and the cathode-facing coating layer of the separator face each other and then rolling.

S1) 단계에서 분리막 대면에 음극 활물질층을 포함하는 음극은 일반적으로 음극을 형성하는 방법으로 형성된다. 예를 들면 바인더가 용매에 용해된 바인더 용액에 전극 활물질을 분산시킨 슬러리를 집전체 상에 도포하고, 상기 용매를 제거함으로써 전극 활물질층이 형성된 전극을 제조한다. 상기 바인더, 전극 활물질은 상기 언급된 물질과 동일하다.In step S1), the negative electrode including the negative active material layer on the surface of the separator is generally formed by a method for forming the negative electrode. For example, a slurry in which an electrode active material is dispersed in a binder solution in which a binder is dissolved in a solvent is applied onto a current collector, and the solvent is removed to manufacture an electrode having an electrode active material layer formed thereon. The binder and the electrode active material are the same as the materials mentioned above.

이 때, 용매는 예를 들어, 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(Nmethyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이러한 용매들은 집전체 표면에 대해 소망하는 수준으로 슬러리 도포 층이 만들어질 수 있도록 적정한 수준의 점도를 제공한다.At this time, the solvent may include, but is not limited to, acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof. These solvents provide an appropriate level of viscosity so that a slurry coating layer can be formed on the collector surface at a desired level.

상기 용매를 제거하는 방법은 용매의 중기압을 고려한 온도 범위에서 오븐 또는 가열식 챔버를 사용할 수 있으며, 실온에 방치하여 용제가 휘발되도록 방치하는 방법도 가능하다. 이 때, 상기 온도 범위는 25℃ 내지 100℃ 온도 조건 및 상대습도 40% 이상인 조건을 고려할 수 있다.The method for removing the above solvent can be done by using an oven or a heating chamber in a temperature range that takes into account the medium pressure of the solvent, or by leaving it at room temperature to allow the solvent to evaporate. At this time, the temperature range can be considered to be a temperature condition of 25°C to 100°C and a relative humidity of 40% or higher.

상기 S1) 단계에서 음극 집전체의 분리막 비대면 또는 양극 집전체 일면 또는 양면에는 전극 활물질층이 상기와 동일한 방법으로 형성될 수 있다.In the above step S1), an electrode active material layer can be formed on the non-face-to-face separator surface of the negative current collector or on one or both sides of the positive current collector by the same method as above.

S2) 단계에서 상기 언급된 분리막을 형성하는 단계를 거칠 수 있다.In step S2), the step of forming the above-mentioned separation membrane may be performed.

분리막의 음극대면 코팅층은 상기 음극 활물질, 상기 바인더를 포함하는 코팅 조성물을 상기 용매에 첨가한 슬러리를 만들어 분리막 기재 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(Doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 방법, 다이 캐스팅(Die casting), 콤마 코팅(Comma coating), 스크린 프린팅(Screen printing) 등의 방법을 들 수 있다. 또한, 별도의 기재(Substrate) 위에 성형한 후 프레싱(Pressing) 또는 라미네이션(Lamination) 방법에 의해 슬러리를 분리막 기재와 접합시킬 수도 있다. 이때 용액의 농도, 또는 코팅 횟수 등을 조절하여 최종적으로 코팅되는 코팅 두께를 조절할 수 있다. 또한 이를 선분산액 자체로 도포하는 방법으로 코팅할 수 있다. 선분산액을 여러 번 도포하여 최종적으로 원하는 두께의 코팅층을 얻을 수 있다.The cathode-facing coating layer of the separator can be formed by a method in which a slurry is made by adding a coating composition containing the cathode active material and the binder to the solvent, distributing the slurry over a separator substrate, and uniformly dispersing it using a doctor blade or the like, die casting, comma coating, screen printing, etc. In addition, the slurry can be formed on a separate substrate and then bonded to the separator substrate by a pressing or lamination method. At this time, the final coating thickness can be controlled by adjusting the concentration of the solution or the number of coatings. In addition, the coating can be formed by applying the pre-dispersion liquid itself. The pre-dispersion liquid can be applied multiple times to obtain a final coating layer having a desired thickness.

그 외에도 상기 음극 활물질, 바인더를 포함하는 코팅 조성물에 상기 다공성 기재를 침지시키거나 상기 다공성 기재 상에 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 도포 또는 코팅하는 방법은 당업계에 널리 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있다.In addition, a method of immersing the porous substrate in a coating composition containing the negative active material and binder or applying the composition onto the porous substrate can be used. A conventional coating method widely known in the art can be used for the method of applying or coating.

건조 공정은 사용하는 용매에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 50℃ ~ 200℃의 진공 오븐에서 수행한다. 건조 방법으로는, 예를 들어 온풍, 열풍, 저습풍에 의한 건조, 진공 건조, (원)적외선이나 전자선 등의 조사에 의한 건조법을 들 수 있다. 건조 시간에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 30초 내지 24시간의 범위에서 행해진다.The drying process may vary depending on the solvent used. For example, it is performed in a vacuum oven at 50°C to 200°C. As a drying method, for example, drying by hot air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams may be mentioned. There is no particular limitation on the drying time, but it is usually performed in the range of 30 seconds to 24 hours.

상기 건조 공정 이후에는, 냉각 과정을 더 포함할 수 있고, 상기 냉각 과정은 바인더의 재결정 조직이 잘 형성되도록 실온까지 서냉(Slow cooling)하는 것일 수 있다.After the above drying process, a cooling process may be further included, and the cooling process may be slow cooling to room temperature so that the recrystallized structure of the binder is well formed.

상기와 유사한 방법으로 상기 다공성 기재의 일면 또는 양면에 무기물 코팅층을 형성할 수 있다. 이 때, 무기물 코팅층에는 양극 활물질이 포함되지 않는다.An inorganic coating layer can be formed on one or both sides of the porous substrate in a similar manner as described above. At this time, the inorganic coating layer does not contain a cathode active material.

상기 S2) 단계 이전에 다공성 기재의 적어도 일면에 무기물 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an inorganic coating layer on at least one surface of the porous substrate prior to the step S2).

상기 무기물 코팅층은 상기 음극대면 코팅층 형성시 같이 형성되거나, 별도의 층으로 형성될 수 있다. 이 때, 무기물은 상기 기재에 따른 무기물을 사용할 수 있다. 무기묵 코팅층이 음극대면 코팅층과 별도의 층으로 형성되는 경우, 무기물 코팅층 형성을 위한 슬러리를 도포한 후 음극대면 코팅층 슬러리를 도포하는 방법, 상기 무기물 코팅층 형성을 위한 슬러리와 음극대면 코팅층 슬러리를 한번에 도포하는 방법 등 다양한 방법을 거칠 수 있고, 각 과정 이후 또는 모든 과정이 끝난 이후 건조단계를 거칠 수 있다. 이 때, 건조 방법 또한 상기와 동일한 건조 방법을 사용할 수 있다.The above inorganic coating layer may be formed together with the formation of the cathode-facing coating layer, or may be formed as a separate layer. At this time, the inorganic material may be an inorganic material according to the above description. When the inorganic coating layer is formed as a separate layer from the cathode-facing coating layer, various methods may be used, such as a method of applying slurry for forming the inorganic coating layer and then applying the cathode-facing coating layer slurry, a method of applying the slurry for forming the inorganic coating layer and the cathode-facing coating layer slurry at the same time, and a drying step may be performed after each process or after all processes are completed. At this time, the drying method may also use the same drying method as above.

이 때, 음극대면 무기물 코팅층 형성시기와 양극대면 무기물 코팅층 형성 시기는 서로 다를 수 있다. 음극대면 무기물 코팅층을 형성한 후, 음극대면 활물질 코팅층 형성시 양극대면 무기물 코팅층을 형성할 수도 있다. 이는 양극대면 무기물 코팅층의 불필요한 건조 시간을 줄이기 위한 것이다.At this time, the timing of forming the cathode-faced inorganic coating layer and the timing of forming the anode-faced inorganic coating layer may be different from each other. After forming the cathode-faced inorganic coating layer, the anode-faced inorganic coating layer may be formed when forming the cathode-faced active material coating layer. This is to reduce unnecessary drying time of the anode-faced inorganic coating layer.

S3) 단계에서, 상기 음극과 분리막은 서로 음극의 분리막 대면 음극 활물질층과 분리막의 음극대면 코팅층을 마주보도록 배치한 후, 압연공정을 거치고, 이후 양극을 적층한 후 압연공정을 거칠 수 있다.In step S3), the cathode and the separator are arranged so that the cathode active material layer of the cathode and the cathode coating layer of the separator face each other, and then a rolling process is performed, and then the cathode is laminated and then a rolling process is performed.

또는 상기와 같이 음극, 분리막, 양극을 단위 셀 단위로 또는 모든 양극과 분리막, 양극을 한번에 적층한 전극조립체 형태로 적층한 후 압연 공정을 거칠 수 있다.Alternatively, as described above, the cathode, separator, and anode may be laminated in unit cell units or in the form of an electrode assembly in which all the cathodes, separators, and anodes are laminated at once, and then subjected to a rolling process.

또한 분리막의 음극비대면 코팅층을 양극과 마주보도록 배치한 후, 압연공정을 거치고, 이후 음극을 적층한 후 압연공정을 거치도록 할 수도 있다.In addition, the cathode non-face-to-face coating layer of the separator may be placed so as to face the anode, and then subjected to a rolling process, after which the cathode is laminated and then subjected to a rolling process.

이 때, 압연 온도는 90℃ 내지 130℃일 수 있다. 바람직한 온도는 100℃ 또는 125℃이다. 상기 압연온도가 90℃ 미만인 경우, 전극과 분리막 사이의 접착력이 원하는 수준이 되지 않고, 130℃를 초과하는 경우, 바인더의 성능이 감소해 접착력이 감소하고, 분리막이 변형될 우려가 있어 바람직하지 않다.At this time, the rolling temperature may be 90°C to 130°C. The preferred temperature is 100°C or 125°C. If the rolling temperature is less than 90°C, the adhesive strength between the electrode and the separator does not reach the desired level, and if it exceeds 130°C, the performance of the binder decreases, the adhesive strength decreases, and there is a risk that the separator may be deformed, which is not preferred.

압연시 압력은 약 1 내지 약 3톤일 수 있다. 이 때, 가장 바람직한 범위는 약 1.5 내지 약 2톤일 수 있다. 압연시 압력이 3톤을 초과하는 경우, 분리막의 찢김과 같은 손상을 초래할 수 있고, 압연시 압력이 1톤 미만일 경우, 원하는 수준의 전극과 분리막 사이의 접착력을 얻을 수 없다.The pressure during rolling may be about 1 to about 3 tons. At this time, the most preferable range may be about 1.5 to about 2 tons. If the pressure during rolling exceeds 3 tons, damage such as tearing of the separator may occur, and if the pressure during rolling is less than 1 ton, the desired level of adhesive strength between the electrode and the separator cannot be obtained.

압연시 압연 시간은 약 1 내지 약 3분일 수 있다. 이 때, 가장 바람직한 범위는 약 1.5 내지 약 2.5분 일 수 있다. 압연시 시간이 3분을 초과하면, 분리막의 구조적 변형을 야기시킬 수 있고, 압연시 시간이 1분 미만인 경우, 전극과 분리막 사이의 접착력이 원하는 수준으로 달성되지 못한다.The rolling time during rolling may be about 1 to about 3 minutes. At this time, the most preferable range may be about 1.5 to about 2.5 minutes. If the rolling time exceeds 3 minutes, structural deformation of the separator may occur, and if the rolling time is less than 1 minute, the adhesive strength between the electrode and the separator is not achieved at the desired level.

본원발명은 또한, 단위 셀을 단위전지로 포함하는 전지팩 및 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 본원발명의 단위 셀은 그 자체로 드론이나 노트북에 사용하는 전력공급장치일 수 있고, 단위 셀을 적층하는 형태로 사용될 수 있다. 구체적으로, 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 바람직한 예로는 모바일 전자기기, 웨어러블 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 또는 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention also provides a battery pack including unit cells as unit cells and a device including the battery pack as a power source. The unit cell of the present invention can be a power supply device used in a drone or a laptop by itself, and can be used in a form of stacking unit cells. Specifically, the battery pack can be used as a power source for a device requiring high-temperature safety, long cycle characteristics, and high-rate characteristics, and preferable examples of such devices include, but are not limited to, mobile electronic devices, wearable electronic devices, power tools powered by a battery-based motor; electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), or power storage devices.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the structure of these devices and their manufacturing method are known in the art, a detailed description thereof is omitted in this specification.

이하, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본원발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice it. However, the present invention can be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1Example 1

양면에 각각의 두께 5㎛의 SRS 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 기재(총 두께 20㎛)의 음극 대면에 두께 20㎛의 음극 활물질로 그래파이트를 포함한 음극대면 코팅층을 형성하였다.A 20-μm-thick negative electrode surface coating layer containing graphite as a negative electrode active material was formed on the negative electrode surface of a polypropylene substrate (total thickness of 20 μm) on which a 5-μm-thick SRS coating layer was formed on each side.

상기 음극대면 코팅층은 음극 활물질로 그래파이트 94 중량%, 바인더로 CMC 2 중량%, SBR 2중량%, 도전재로 카본블랙 2 중량%를 첨가하고, 이를 슬러리 형태로 형성한 후 상기 SRS 코팅층이 형성된 폴리프로필렌 기재에 도포하여 도 6과 같이 제조되었다.The above cathode-facing coating layer was manufactured as shown in Fig. 6 by adding 94 wt% of graphite as a cathode active material, 2 wt% of CMC as a binder, 2 wt% of SBR, and 2 wt% of carbon black as a conductive material, forming it into a slurry, and then applying it to a polypropylene substrate on which the SRS coating layer was formed.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서 음극 대면 코팅층의 두께를 10㎛로 변경한 분리막을 제조하였다.In the above Example 1, a separator was manufactured in which the thickness of the cathode-facing coating layer was changed to 10 μm.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서 음극 대면 코팅층의 두께를 30㎛로 변경한 분리막을 제조하였다.In the above Example 1, a separator was manufactured in which the thickness of the cathode-facing coating layer was changed to 30 μm.

비교예1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 음극대면 코팅층이 없는 분리막을 비교예 1로 사용하였다.In the above Example 1, a separator without a cathode-facing coating layer was used as Comparative Example 1.

비교예2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서 상기 양극대면에 양극 활물질로 LCO 90중량%, 바인더로 PVdF 6 중량%, 도전재로 카본블랙 4 중량%를 포함하는 코팅층을 상기 음극대면 코팅층과 같은 방법으로 20㎛두께가 되도록 부가하였다.In the above Example 1, a coating layer containing 90 wt% of LCO as a positive electrode active material, 6 wt% of PVdF as a binder, and 4 wt% of carbon black as a conductive material was added to the positive electrode surface in the same manner as the negative electrode surface coating layer to a thickness of 20 μm.

비교예3Comparative Example 3

상기 비교예 2에서 상기 음극대면 코팅층이 없는 분리막을 비교예 3으로 사용하였다.In Comparative Example 2, a separator without the cathode-facing coating layer was used as Comparative Example 3.

전극과 분리막 사이의 접착 평가Evaluation of adhesion between electrode and separator

양극 활물질층에 양극 활물질 LCO 90중량%, 바인더 PVdF 6 중량%, 도전재 카본블랙 4 중량%로 포함하고 있는 양극, 음극 활물질층에 음극 활물질 그래파이트 94 중량%, 바인더 CMC 2 중량%, SBR 2중량%, 도전재 카본블랙 2 중량%를 포함하고 있는 음극, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따른 분리막을 제조하였다.A cathode comprising 90 wt% of cathode active material LCO, 6 wt% of binder PVdF, and 4 wt% of conductive material carbon black in the cathode active material layer, a cathode comprising 94 wt% of cathode active material graphite, 2 wt% of binder CMC, 2 wt% of SBR, and 2 wt% of conductive material carbon black in the anode active material layer, and a separator according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured.

상기 제조된 음극, 분리막을 15㎜ X 100㎜ 크기로 재단하였다. 준비한 분리막과 음극을 서로 겹친 뒤 100㎛의 PET 필름 사이에 끼운 후 평판 프레스를 사용하여 접착시켰다. 이때, 평판 프레스기의 조건은 90℃의 8.5MPa의 압력으로 1초 동안 가열하였다. 접착된 분리막과 음극의 말단부를 UTM 장비(LLOYD Instrument LF Plus)에 장착 후 측정 속도 300㎜/min으로 180 도로 힘을 가해 음극과 분리막의 음극대면 코팅층이 박리되는 데 필요한 힘을 측정하였다. 상기 실험은 양극에도 동일하게 수행되었다.The above-mentioned manufactured cathode and separator were cut to a size of 15 mm X 100 mm. The prepared separator and cathode were overlapped, sandwiched between 100 μm PET films, and bonded using a flat plate press. At this time, the conditions of the flat plate press were heating at 90°C and 8.5 MPa of pressure for 1 second. After mounting the ends of the bonded separator and cathode on a UTM device (LLOYD Instrument LF Plus), a force of 180 degrees was applied at a measurement speed of 300 mm/min to measure the force required for the cathode-facing coating layer of the cathode and separator to peel off. The above experiment was also performed identically on the cathode.

그 결과는 하기 표와 같다.The results are shown in the table below.

상기 표 1에서 볼 수 있듯, 실시예 1 내지 3과 비교예 2는 분리막의 음극대면에 음극 활물질이 부가되어 있어 접착력이 뛰어난 것을 볼 수 있다. 또한, 양극 대면에 양극 활물질이 부가되어 있는 비교예 2 및 비교예 3의 경우 양극 대면 코팅층의 접착력이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.As can be seen in Table 1 above, Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 show excellent adhesive strength because the negative active material is added to the negative electrode surface of the separator. In addition, in Comparative Examples 2 and 3, in which the positive active material is added to the positive electrode surface, it can be confirmed that the adhesive strength of the positive electrode surface coating layer is excellent.

분리막의 통기도 평가Evaluation of membrane permeability

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따른 분리막을 이용하여 공기의 투과도를 측정하였다. 이 때, JIS P-8117에 따라, Gurley식 공기 투과도계를 이용하여 측정하였다. 이때, 직경 28.6㎜, 면적 645 ㎟를 공기 100 ㏄가 통과하는 시간을 측정하였다.The air permeability was measured using the membranes according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. At this time, the measurement was made using a Gurley-type air permeability meter according to JIS P-8117. At this time, the time for 100 cc of air to pass through a diameter of 28.6 mm and an area of 645 ㎟ was measured.

상기 측정결과, 실시예 1은 610s/100㏄, 실시예 2는 600s/100㏄, 실시예 3은 700s/100㏄, 비교예 1은 570s/100㏄, 비교예 2는 1120s/100ml, 비교예 3은 1040s/100ml로 측정되었다. 이에, 음극대면 코팅층을 형성한 본원발명의 경우, 분리막 기재만을 사용하는 경우와 통기도에 큰 차이가 없으나, 양극대면에 양극 활물질을 포함하는 코팅층을 형성한 경우, 통기도가 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 이를 실제 배터리에 적용하였을 경우, 본원발명에 따른 분리막이 비교예 2 및 3보다 전해액의 이동 및 이온전도도를 고려하였을 때 더 뛰어나다는 것을 알 수 있다.As a result of the above measurement, Example 1 was measured as 610 s/100 cc, Example 2 as 600 s/100 cc, Example 3 as 700 s/100 cc, Comparative Example 1 as 570 s/100 cc, Comparative Example 2 as 1120 s/100 ml, and Comparative Example 3 as 1040 s/100 ml. Accordingly, in the case of the present invention in which a coating layer is formed on the negative electrode surface, there is no significant difference in air permeability compared to the case in which only a separator substrate is used, but when a coating layer including a positive electrode active material is formed on the positive electrode surface, it can be seen that the air permeability is significantly reduced. When this is applied to an actual battery, it can be seen that the separator according to the present invention is superior to Comparative Examples 2 and 3 in considering the movement of electrolyte and ion conductivity.

이는 상기 전극과 분리막의 접착력의 결과와 같이 비교하여 보았을 때, 분리막의 접착력이 너무 높을 경우 분리막 기재의 기공을 막아 분리막의 통기도를 감소시키게 되는 것으로 판단할 수 있다.When compared with the results of the adhesion between the electrode and the separator, it can be judged that if the adhesion of the separator is too high, the pores of the separator substrate are blocked, reducing the air permeability of the separator.

전지셀 성능 평가Battery cell performance evaluation

양극 집전체에 알루미늄, 양극 활물질층에 양극 활물질 LCO 90중량%, 바인더 PVdF 6 중량%, 도전재 카본블랙 4 중량%로 포함하고 있는 양극, 음극 집전체에 구리를 사용하고 음극 활물질층에 음극 활물질 그래파이트 94 중량%, 바인더 CMC 2 중량%, SBR 2중량%, 도전재 카본블랙 2 중량%를 포함하고 있는 음극, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따른 분리막을 제조하였다. 상기 음극, 분리막, 양극을 90℃에서 100Mpa의 압력으로 10초간 압연하여 단위 셀을 형성하였다.A positive electrode comprising aluminum as a positive current collector, 90 wt% of positive active material LCO in a positive active material layer, 6 wt% of binder PVdF, and 4 wt% of conductive material carbon black, a negative electrode comprising copper as an anode current collector, 94 wt% of negative active material graphite in a negative active material layer, 2 wt% of binder CMC, 2 wt% of SBR, and 2 wt% of conductive material carbon black, and a separator according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured. The negative electrode, separator, and positive electrode were rolled at 90°C and a pressure of 100 MPa for 10 seconds to form a unit cell.

상기 단위 셀에서 양극 활물질의 양을 동일하게 하기 위해, 실시예 1내지 3 및 비교예 1의 분리막을 사용하는 경우, 양극의 양극 활물질층의 두께는 60㎛로, 비교예 2 및 비교예 3의 양극의 양극 활물질층은 두께는 40㎛로 제작하여 단위 셀의 양극 활물질층과 활물질을 포함하는 양극 대면 코팅층의 두께의 합을 60㎛로 동일하게 설정하였다.In order to make the amount of positive electrode active material the same in the unit cell, when using the separators of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode was manufactured to be 60 μm, and the thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode of Comparative Examples 2 and 3 was manufactured to be 40 μm, so that the sum of the thicknesses of the positive electrode active material layer of the unit cell and the positive electrode facing coating layer including the active material was set to be the same at 60 μm.

또한 상기 단위 셀에서 음극 활물질의 양을 동일하게 하기 위해, 상기 음극의 음극 활물질층의 두께를 실시예 1 및 비교예 2의 경우, 50㎛, 실시예 2의 경우 60㎛, 실시예 3의 경우 40㎛, 비교예 1, 3의 경우 70㎛로 제작하여 단위 셀에서 사용하는 음극 활물질층과 활물질을 포함하는 음극 대면 코팅층의 두께의 합을 70㎛로 동일하게 설정하였다.In addition, in order to make the amount of the negative active material the same in the unit cell, the thickness of the negative active material layer of the negative electrode was set to 50 ㎛ in Example 1 and Comparative Example 2, 60 ㎛ in Example 2, 40 ㎛ in Example 3, and 70 ㎛ in Comparative Examples 1 and 3, so that the sum of the thicknesses of the negative active material layer used in the unit cell and the negative electrode-facing coating layer including the active material was set to the same value of 70 ㎛.

(1) 충전 시간 평가(1) Charging time evaluation

25℃에서 3C로 완충이 될 때까지 충전되는 시간을 측정하여 하기 표 2에 표시하였다.The charging time until the battery is fully charged at 3C at 25℃ is measured and shown in Table 2 below.

(2) 용량 유지율(2) Capacity maintenance rate

25℃에서 2C, 4.4V가 될 때까지 충전하고, 1C의 정전류로 3.0V가 될 때까지 방전하여 100회 충방전 사이클을 실시하고, 1사이클 후의 방전 용량과 100사이클 후의 방전용량을 측정하였다. 그런 다음, 하기 식 (1)에 따라 용량 유지율을 측정한 후 이를 하기 표 2에 표시하였다.The battery was charged at 2C at 25℃ to 4.4 V, discharged at a constant current of 1C to 3.0 V, and subjected to 100 charge-discharge cycles. The discharge capacity after 1 cycle and the discharge capacity after 100 cycles were measured. Then, the capacity retention rate was measured according to the following equation (1), and the results are shown in Table 2 below.

식 (1) : 용량유지율(%) = {( )사이클 후의 방전 용량 / 1 사이클 후의 방전 용량}X100Equation (1): Capacity retention rate (%) = {Discharge capacity after ( ) cycles / Discharge capacity after 1 cycle} X 100

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본원발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우, 충전시간이 32분으로 짧으면서, 용량유지율 또한 97%로, 매우 뛰어난 효과를 보이며, 실시예 3의 경우 충전시간이 36분, 용량유지율이 94%로 비교예에 비해 우수한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 2 above, in the case of Examples 1 and 2 according to the present invention, the charging time was as short as 32 minutes, and the capacity retention rate was also 97%, showing excellent effects, and in the case of Example 3, the charging time was 36 minutes and the capacity retention rate was 94%, showing excellent effects compared to the comparative example.

이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.While specific portions of the present invention have been described in detail above, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical idea of the present invention, and it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.

10, 100: 단위 셀
20, 200 : 음극 집전체
21, 210 : 음극 활물질층
30, 300 : 다공성 기재
31, 310 : 음극대면 코팅층
32 : 양극대면 코팅층
320 : 무기물 코팅층
40, 400 : 양극 집전체
41, 410 : 양극 활물질층
10, 100: Unit Cell
20, 200 : Negative current collector
21, 210: Negative active material layer
30, 300 : Porous substrate
31, 310: Cathode-facing coating layer
32: Bipolar surface coating layer
320: Inorganic coating layer
40, 400 : Bipolar collector
41, 410: Positive active material layer

Claims (12)

다공성 기재;
상기 다공성 기재 중 음극 활물질층과 대면하는 부분에 형성되며 음극 활물질을 포함하는 음극대면 코팅층;
을 포함하는 이차전지용 분리막에 있어서,
상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분에는 양극 활물질이 부가되지 않으며,
상기 음극대면 코팅층은 무기물 코팅층에 존재하고
상기 음극대면 코팅층은 금속 수산화물 또는 금속 수화물을 포함하며,
상기 음극대면 코팅층의 두께는 10 μm 이상 내지 30 μm인 이차전지용 분리막.
porous substrate;
A negative electrode-facing coating layer formed on a portion of the porous substrate facing the negative electrode active material layer and containing a negative electrode active material;
In a secondary battery separator including:
No cathode active material is added to the portion of the porous substrate facing the cathode.
The above cathode-facing coating layer exists in the inorganic coating layer.
The above cathode-facing coating layer comprises a metal hydroxide or a metal hydrate,
A secondary battery separator having a thickness of the cathode-facing coating layer of 10 μm to 30 μm.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분은 양극 활물질을 포함하지 않는 무기물 코팅층이 부가된 이차전지용 분리막.
In the first paragraph,
A secondary battery separator having an inorganic coating layer that does not contain a cathode active material added to the portion of the porous substrate facing the cathode.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재 중 양극과 대면하는 부분은 어떠한 코팅층도 부가되지 않는 이차전지용 분리막.
In the first paragraph,
A secondary battery separator in which no coating layer is added to the portion of the porous substrate facing the positive electrode.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음극대면 코팅층은 무기물 코팅층 상에 별도로 존재하는 이차전지용 분리막.
In the first paragraph,
A secondary battery separator in which the cathode-facing coating layer is separately present on an inorganic coating layer.
제1항에 있어서,
상기 음극 활물질은 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질 중 하나 이상인 이차전지용 분리막.
In the first paragraph,
A secondary battery separator wherein the negative active material is at least one of graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber.
제1항에 있어서,
상기 음극대면 코팅층은 음극의 음극 활물질과 동일한 물질을 포함하는 이차전지용 분리막.
In the first paragraph,
A secondary battery separator in which the negative electrode-facing coating layer contains the same material as the negative electrode active material of the negative electrode.
제7항에 있어서,
상기 음극대면 코팅층은 음극 활물질층과 동일한 이차전지용 분리막.
In Article 7,
The above cathode-facing coating layer is a secondary battery separator having the same cathode active material layer.
양극;
음극;
상기 양극 및 음극 사이에 개재된 제1항, 제2항, 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 분리막;
을 포함하는 이차전지.
anode;
cathode;
A separator according to any one of claims 1, 2, 3, and 5 to 8 interposed between the positive and negative electrodes;
A secondary battery comprising:
제9항에 있어서,
상기 양극의 분리막 대면 양극 활물질층과, 상기 음극의 분리막 대면 음극 활물질층 및 상기 분리막의 음극대면 코팅층을 합한 두께가 같은 이차전지.
In Article 9,
A secondary battery in which the combined thickness of the positive electrode active material layer facing the separator of the positive electrode, the negative electrode active material layer facing the separator of the negative electrode, and the negative electrode facing coating layer of the separator are the same.
S1) 분리막 대면에 음극 활물질층을 포함하는 음극, 양극을 준비하는 단계;
S2) 제1항, 제2항, 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 분리막을 제조하는 단계
S3) 상기 음극의 음극 활물질층과 상기 분리막의 음극대면 코팅층이 마주보도록 음극, 분리막, 양극을 적층한 후 압연하는 단계;를 포함하는 전극조립체 제조방법.
S1) A step of preparing a cathode and anode including a cathode active material layer on the surface of the separator;
S2) A step for manufacturing a separation membrane according to any one of claims 1, 2, 3, and 5 to 8.
S3) A method for manufacturing an electrode assembly, comprising the steps of laminating a cathode, a separator, and an anode so that the cathode active material layer of the cathode and the cathode-facing coating layer of the separator face each other and then rolling the cathode, separator, and anode.
제 11항에 있어서,
상기 S2)단계 이전에 다공성 기재의 적어도 일면에 무기물 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 전극조립체 제조방법.
In Article 11,
A method for manufacturing an electrode assembly further comprising a step of forming an inorganic coating layer on at least one surface of a porous substrate prior to the step S2).
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