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KR102803278B1 - Negative electrode and secondary battery comprising the same - Google Patents

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KR102803278B1
KR102803278B1 KR1020190093839A KR20190093839A KR102803278B1 KR 102803278 B1 KR102803278 B1 KR 102803278B1 KR 1020190093839 A KR1020190093839 A KR 1020190093839A KR 20190093839 A KR20190093839 A KR 20190093839A KR 102803278 B1 KR102803278 B1 KR 102803278B1
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Abstract

본 발명은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성되는 음극 활물질층을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 포함하는 바인더, 및 도전재를 포함하고, 상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜을 포함하며, 상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 79:21 내지 99.8:0.2의 중량비로 포함하는 음극에 관한 것이다.The present invention relates to an anode comprising: a negative current collector; and a negative active material layer formed on the negative current collector, wherein the negative active material layer comprises a negative active material including a silicon-based active material, a binder including a first binder polymer and a second binder polymer, and a conductive material, wherein the first binder polymer comprises at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and polyacrylamide, the second binder polymer comprises polyethylene glycol, and the binder comprises the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 79:21 to 99.8:0.2.

Description

음극 및 이를 포함하는 이차전지{NEGATIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Negative electrode and secondary battery comprising the same {NEGATIVE ELECTRODE AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 음극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode and a secondary battery including the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능 향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다.Recently, with the rapid spread of electronic devices that use batteries, such as mobile phones, laptop computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight, and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, lithium secondary batteries are attracting attention as a power source for portable devices because they are lightweight and have high energy density. Accordingly, research and development efforts are actively being conducted to improve the performance of lithium secondary batteries.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막, 전해질, 유기 용매 등을 포함한다. 또한, 양극 및 음극은 집전체 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함하는 활물질층이 형성될 수 있다. 상기 양극에는 일반적으로 LiCoO2, LiMn2O4 등의 리튬 함유 금속 산화물이 양극 활물질로 사용되며, 이에 따라 음극에는 리튬을 함유하지 않는 탄소계 활물질, 실리콘계 활물질이 음극 활물질로 사용되고 있다.In general, a lithium secondary battery includes a cathode, an anode, a separator interposed between the cathode and the anode, an electrolyte, an organic solvent, etc. In addition, the cathode and the anode may have an active material layer formed on a current collector including a cathode active material or an anode active material. In general, a lithium-containing metal oxide such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is used as a cathode active material for the cathode, and accordingly, a carbon-based active material or a silicon-based active material that does not contain lithium is used as an anode active material for the anode.

특히, 음극 활물질 중 실리콘계 활물질은 탄소계 활물질에 비해 약 10배 정도의 높은 용량을 갖는 점에서 주목되고 있으며, 높은 용량으로 인해 얇은 전극으로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 실리콘계 활물질은 충방전에 따른 부피 팽창, 이에 의한 수명 특성 저하의 문제로 인해 범용적으로 사용되지는 못하고 있다.In particular, silicon-based active materials among negative active materials are noteworthy because they have a capacity that is about 10 times higher than carbon-based active materials, and have the advantage of being able to realize high energy density even with thin electrodes due to their high capacity. However, silicon-based active materials are not commonly used due to problems such as volume expansion due to charge and discharge and the resulting decrease in life characteristics.

한편, 실리콘계 활물질을 함유하는 음극에 있어서, 실리콘계 활물질의 충방전에 따른 부피 팽창을 완화하기 위한 측면에서 강한 응력을 갖는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 등의 바인더 고분자를 사용하려는 시도가 있다. 그러나, 이들 바인더 고분자의 강한 응력으로 인해 음극의 유연성이 저하되므로, 음극에 크랙이 발생되거나, 롤-투-롤 공정(roll-to-roll) 적용 시에 음극의 손상 등이 발생되는 문제가 있다.Meanwhile, in the negative electrode containing a silicon-based active material, there have been attempts to use binder polymers such as polyacrylic acid and polyvinyl alcohol that have strong stress in order to alleviate volume expansion due to charge and discharge of the silicon-based active material. However, since the flexibility of the negative electrode is reduced due to the strong stress of these binder polymers, there are problems such as cracks occurring in the negative electrode or damage to the negative electrode occurring when applying a roll-to-roll process.

한국공개특허 제10-2017-0074030호는 리튬 이차 전지용 음극 활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이며, 다공성 실리콘-탄소 복합체를 포함하는 음극 활물질을 개시하지만, 전술한 문제점을 해결하기에는 한계가 있다.Korean Patent Publication No. 10-2017-0074030 relates to an anode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery including the same. Although the invention discloses an anode active material including a porous silicon-carbon composite, it has limitations in solving the aforementioned problems.

한국공개특허 제10-2017-0074030호Korean Patent Publication No. 10-2017-0074030

본 발명의 일 과제는 유연성과 집전체에 대한 접착력이 우수한 음극을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a cathode having excellent flexibility and adhesion to a current collector.

또한, 본 발명의 또 다른 과제는 전술한 음극을 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a secondary battery including the aforementioned negative electrode.

본 발명은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성되는 음극 활물질층을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 포함하는 바인더, 및 도전재를 포함하고, 상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜을 포함하며, 상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 79:21 내지 99.8:0.2의 중량비로 포함하는 음극을 제공한다.The present invention provides an anode including: a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material including a silicon-based active material, a binder including a first binder polymer and a second binder polymer, and a conductive material, wherein the first binder polymer includes at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and polyacrylamide, the second binder polymer includes polyethylene glycol, and the binder includes the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 79:21 to 99.8:0.2.

또한, 본 발명은 전술한 음극; 상기 음극에 대향하는 양극; 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해질을 포함하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a secondary battery including the above-mentioned negative electrode; a positive electrode opposite to the negative electrode; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte.

본 발명의 음극은 실리콘계 활물질을 사용하며, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 특정 중량 비율로 포함하는 바인더를 포함한다. 상기 제1 바인더 고분자는 우수한 응력을 발휘하여 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축을 완화하여 줄 수 있으며, 상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜을 포함하여 음극의 유연성을 우수한 수준으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 음극은 우수한 유연성을 가짐으로써 롤-투-롤 공정 또는 원통형 셀 제조 시 바람직하게 사용될 수 있으며, 우수한 전극 접착력 및 수명 특성을 가질 수 있다.The negative electrode of the present invention uses a silicon-based active material, and includes a binder comprising a first binder polymer and a second binder polymer at a specific weight ratio. The first binder polymer can exert excellent stress to alleviate volume expansion/contraction of the silicon-based active material, and the second binder polymer can improve the flexibility of the negative electrode to an excellent level by including polyethylene glycol. Therefore, the negative electrode of the present invention has excellent flexibility, and thus can be preferably used in a roll-to-roll process or in the manufacture of a cylindrical cell, and can have excellent electrode adhesion and life characteristics.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, but should be interpreted as having meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention, based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best manner.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this specification is for the purpose of describing exemplary embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, it should be understood that the terms “comprise,” “include,” or “have,” etc., are intended to specify the presence of a feature, number, step, component, or combination thereof, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, components, or combinations thereof.

본 명세서에서 평균 입경(D50)은 입자의 입경 분포 곡선에 있어서, 체적 누적량의 50%에 해당하는 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성의 결과를 얻을 수 있다.In this specification, the average particle diameter (D 50 ) can be defined as a particle diameter corresponding to 50% of the volume accumulation amount in the particle diameter distribution curve of the particles. The average particle diameter (D 50 ) can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method can generally measure particle diameters from the submicron range to several mm, and can obtain results with high reproducibility and high resolution.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<음극><negative>

본 발명은 음극, 구체적으로는 리튬 이차전지용 음극에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode, and more particularly, to a negative electrode for a lithium secondary battery.

본 발명의 음극은 음극 집전체; 및 상기 음극 집전체 상에 형성되는 음극 활물질층을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 포함하는 바인더, 및 도전재를 포함하고, 상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고, 상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜을 포함하며, 상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 79:21 내지 99.8:0.2의 중량비로 포함한다.The negative electrode of the present invention comprises: a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer comprises a negative electrode active material including a silicon-based active material, a binder including a first binder polymer and a second binder polymer, and a conductive material, wherein the first binder polymer comprises at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and polyacrylamide, the second binder polymer comprises polyethylene glycol, and the binder comprises the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 79:21 to 99.8:0.2.

일반적으로 실리콘계 활물질은 탄소계 활물질에 비해 약 10배 정도의 높은 용량을 갖는 것으로 알려져 있고, 이에 따라 실리콘계 활물질을 음극에 적용할 경우 얇은 두께로도 높은 수준의 에너지 밀도를 갖는 전극 구현이 가능할 것으로 기대되고 있다. 그러나, 실리콘계 활물질은 충방전에 따른 리튬의 삽입/탈리에 따라 부피 팽창/수축이 문제되며, 이에 따라 실리콘계 활물질의 범용적인 사용은 쉽지 않은 상황이다.In general, silicon-based active materials are known to have a capacity about 10 times higher than carbon-based active materials, and accordingly, when silicon-based active materials are applied to the anode, it is expected that an electrode with a high level of energy density can be implemented even with a thin thickness. However, silicon-based active materials have problems with volume expansion/contraction due to insertion/desorption of lithium during charge/discharge, and thus, general-purpose use of silicon-based active materials is not easy.

이러한 문제를 방지하기 위해, 실리콘계 활물질이 적용된 음극에 있어서, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 등의 강한 응력을 갖는 바인더 고분자를 음극의 성분으로 사용함으로써 실리콘계 활물질의 충방전에 따른 부피 팽창/수축을 완화하려는 시도가 있으나, 상술한 바인더 고분자의 경우 강한 응력으로 인해 음극의 유연성을 저하시키므로, 음극을 롤-투-롤 공정으로 제조하거나, 음극을 포함하는 원통형 셀 등을 제조할 때 음극이 손상되거나 크랙이 발생하는 문제가 있으며, 이러한 음극의 손상, 크랙은 급격한 수명 저하로 이어지므로 바람직하지 않다.To prevent such problems, there have been attempts to alleviate volume expansion/contraction of the silicon-based active material due to charge/discharge by using a binder polymer having strong stress, such as polyacrylic acid or polyvinyl alcohol, as a component of the negative electrode in the negative electrode to which the silicon-based active material is applied. However, the binder polymer described above reduces the flexibility of the negative electrode due to the strong stress, so when manufacturing the negative electrode using a roll-to-roll process or manufacturing a cylindrical cell including the negative electrode, there is a problem that the negative electrode may be damaged or cracked. Such damage or cracks in the negative electrode lead to a rapid reduction in the lifespan, which is not desirable.

이에, 본 발명의 음극은 실리콘계 활물질을 사용함에 있어서, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 제1 바인더 고분자 및 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 제2 바인더 고분자를 특정 중량 비율로 포함하는 바인더를 사용한다. 제1 바인더 고분자는 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축을 충분히 완화시키면서 전극 접착력을 향상시킬 수 있고, 제2 바인더 고분자는 음극에 유연성을 부여할 수 있으면서도 전극 접착력을 저하시키지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 음극은 우수한 유연성 및 전극 접착력을 가질 수 있다.Accordingly, the negative electrode of the present invention uses a binder including a first binder polymer including at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and polyacrylamide, and a second binder polymer including polyethylene glycol at a specific weight ratio when using a silicon-based active material. The first binder polymer can sufficiently alleviate volume expansion/contraction of the silicon-based active material while improving electrode adhesion, and the second binder polymer can impart flexibility to the negative electrode without reducing electrode adhesion. Accordingly, the negative electrode of the present invention can have excellent flexibility and electrode adhesion.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체는 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.The above negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the negative 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, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc.

상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.The above negative electrode collector may typically have a thickness of 3 to 100 μm.

상기 음극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The above negative electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding strength of the negative electrode active material. For example, the above negative electrode current collector may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven fabric, etc.

상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체 상에 형성된다.The above negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector.

상기 음극 활물질층은 실리콘계 활물질을 포함한다.The above negative active material layer includes a silicon-based active material.

상기 실리콘계 활물질은 SiOx(0≤x<2)로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. SiO2의 경우 리튬 이온과 반응하지 않아 리튬을 저장할 수 없으므로, x는 상기 범위 내인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실리콘계 활물질의 부피 팽창을 적정 수준으로 완화하기 위해 산소를 함유하는 것이 바람직하며, 0.01≤x<2일 수 있다.The above silicon-based active material may include a compound represented by SiO x (0≤x<2). In the case of SiO 2 , since it does not react with lithium ions and thus cannot store lithium, x is preferably within the above range, and more preferably, it is preferable to contain oxygen in order to appropriately alleviate volume expansion of the silicon-based active material, and may be 0.01≤x<2.

상기 실리콘계 활물질의 평균 입경(D50)은 전해액과의 부반응을 최소화하고 실리콘계 활물질의 부피 팽창의 영향을 줄이는 측면에서, 활물질 및 집전체를 결착시키기 위한 음극 바인더와의 접근성이 용이하도록 하는 측면에서 측면에서 1㎛ 내지 15㎛, 바람직하게는 3㎛ 내지 10㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the above silicon-based active material may be 1 ㎛ to 15 ㎛, preferably 3 ㎛ to 10 ㎛, in terms of minimizing side reactions with the electrolyte, reducing the effect of volume expansion of the silicon-based active material, and facilitating accessibility to the negative electrode binder for binding the active material and the current collector.

상기 음극 활물질은 전술한 실리콘계 활물질과 함께 탄소계 활물질을 더 포함할 수 있다. 상기 탄소계 활물질은 본 발명의 음극 또는 이차전지에 우수한 사이클 특성 또는 전지 수명 성능을 부여할 수 있다.The above negative electrode active material may further include a carbon-based active material together with the above-described silicon-based active material. The carbon-based active material may provide excellent cycle characteristics or battery life performance to the negative electrode or secondary battery of the present invention.

구체적으로, 상기 탄소계 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 하드카본, 소프트카본, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 수퍼 P, 그래핀 및 섬유상 탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인조 흑연 및 천연 흑연으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.Specifically, the carbon-based active material may include at least one selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, hard carbon, soft carbon, carbon black, acetylene black, Ketjen black, super P, graphene, and fibrous carbon, and preferably may include at least one selected from the group consisting of artificial graphite and natural graphite.

상기 탄소계 활물질의 평균 입경(D50)은 충방전 시에 구조적 안정성을 기하고 전해액과의 부반응을 줄이는 측면에서 10㎛ 내지 30㎛, 바람직하게는 15㎛ 내지 25㎛일 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the above carbon-based active material may be 10 ㎛ to 30 ㎛, preferably 15 ㎛ to 25 ㎛, in order to ensure structural stability during charge and discharge and reduce side reactions with the electrolyte.

구체적으로, 상기 음극 활물질은 용량 특성 및 사이클 특성을 동시에 개선시키는 측면에서 상기 실리콘계 활물질과 상기 탄소계 활물질을 모두 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 음극 활물질은 상기 실리콘계 활물질 및 상기 탄소계 활물질을 5:95 내지 40:60, 바람직하게는 10:90 내지 25:75의 중량비로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위일 때 용량 및 사이클 특성의 동시 향상 측면에서 바람직하다.Specifically, it is preferable that the negative electrode active material uses both the silicon-based active material and the carbon-based active material in terms of simultaneously improving capacity characteristics and cycle characteristics, and specifically, it is preferable that the negative electrode active material contains the silicon-based active material and the carbon-based active material in a weight ratio of 5:95 to 40:60, preferably 10:90 to 25:75. The above range is preferable in terms of simultaneously improving capacity and cycle characteristics.

상기 음극 활물질은 상기 음극 활물질층 내에 80중량% 내지 99중량%, 바람직하게는 85중량% 내지 96중량%로 포함될 수 있다.The above negative active material may be included in the negative active material layer at 80 wt% to 99 wt%, preferably 85 wt% to 96 wt%.

상기 음극 활물질층은 바인더를 포함한다. 상기 바인더는 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 포함한다.The above negative active material layer includes a binder. The binder includes a first binder polymer and a second binder polymer.

상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산(PAA: polyacrylic acid), 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile) 및 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함한다. 상기 제1 바인더 고분자는 전술한 성분들의 공중합체일 수도 있다.The first binder polymer includes at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), and polyacryl amide (PAM). The first binder polymer may be a copolymer of the aforementioned components.

상기 제1 바인더 고분자는 물에 친한 특성(hydrophilic)을 가지며, 일반적으로 이차전지에 사용되는 전해질 또는 전해액에 용해되지 않는 성질을 가진다. 이러한 특성은 음극 또는 이차전지에 적용 시에 상기 수계 바인더에 강한 응력 또는 인장 강도를 부여할 수 있으며, 이에 따라 실리콘계 활물질의 충방전에 따른 부피 팽창/수축 문제를 효과적으로 억제할 수 있으며, 우수한 전극 접착력을 발휘할 수 있다.The above first binder polymer has a hydrophilic property and has a property of not dissolving in electrolytes or electrolytic solutions generally used in secondary batteries. Such a property can impart strong stress or tensile strength to the aqueous binder when applied to an anode or secondary battery, and accordingly can effectively suppress the problem of volume expansion/contraction due to charge/discharge of a silicon-based active material and exhibit excellent electrode adhesiveness.

바람직하게 상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올의 공중합체를 포함할 수 있으며, 이 경우 폴리아크릴산의 카르복시기(-COOH) 및 폴리비닐알코올의 히드록시기(-OH)의 수소결합 또는 공유결합에 의해 보다 강한 응력을 발휘할 수 있다. 상기 제1 바인더 고분자가 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올을 포함하거나, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올의 공중합체를 포함할 경우, 상기 제1 바인더 고분자는 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산을 50:50 내지 90:10의 중량비, 바람직하게는 55:45 내지 80:20의 중량비로 포함할 수 있다.Preferably, the first binder polymer may include polyacrylic acid and polyvinyl alcohol, and more preferably, it may include a copolymer of polyacrylic acid and polyvinyl alcohol, in which case, a stronger stress may be exerted by a hydrogen bond or a covalent bond between a carboxyl group (-COOH) of polyacrylic acid and a hydroxyl group (-OH) of polyvinyl alcohol. When the first binder polymer includes polyacrylic acid and polyvinyl alcohol, or a copolymer of polyacrylic acid and polyvinyl alcohol, the first binder polymer may include polyvinyl alcohol and polyacrylic acid in a weight ratio of 50:50 to 90:10, and preferably 55:45 to 80:20.

상기 제1 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 전극의 유연성을 더욱 향상시키면서 전해액에의 용출을 방지하는 측면에서 100,000 내지 500,000, 바람직하게는 200,000 내지 400,000일 수 있다.The weight average molecular weight (M w ) of the first binder polymer may be 100,000 to 500,000, preferably 200,000 to 400,000, in order to further improve the flexibility of the electrode while preventing dissolution into the electrolyte.

상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)를 포함한다.The second binder polymer comprises polyethylene glycol (PEG).

상기 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)은 음극에 유연성을 부여할 수 있다. 상기 제1 바인더 고분자만을 바인더로 사용할 경우, 바인더의 응력이 지나치게 높아지고 음극의 인장 강도가 강해짐으로써, 음극의 유연성이 감소하고 음극의 손상이나 크랙이 발생할 우려가 있으며, 수명 특성 열화의 위험이 있지만, 본 발명의 음극은 상기 제2 바인더 고분자를 제1 바인더 고분자와 함께 사용함으로써, 실리콘계 활물질의 부피 팽창/수축을 충분히 제어하고 우수한 전극 접착력을 구현함과 동시에, 음극의 유연성을 향상시킬 수 있으므로 음극을 롤-투-롤 공정 또는 원통형 셀 제조에 적용할 때 공정성이 향상되고 음극의 손상 발생을 감소시킬 수 있다.The above polyethylene glycol (PEG) can provide flexibility to the negative electrode. When only the first binder polymer is used as a binder, the stress of the binder becomes excessively high and the tensile strength of the negative electrode becomes strong, which may decrease the flexibility of the negative electrode and cause damage or cracks in the negative electrode, and there is a risk of deterioration of the life characteristics. However, the negative electrode of the present invention uses the second binder polymer together with the first binder polymer to sufficiently control the volume expansion/contraction of the silicon-based active material and implement excellent electrode adhesion while improving the flexibility of the negative electrode. Therefore, when the negative electrode is applied to a roll-to-roll process or cylindrical cell manufacturing, the processability can be improved and the occurrence of damage to the negative electrode can be reduced.

상기 제2 바인더 고분자는 상기 폴리에틸렌글리콜을 40중량% 이상, 바람직하게는 50중량% 이상, 보다 바람직하게는 80중량% 이상으로 포함할 수 있다. 만일 상기 제2 바인더 고분자가 폴리에틸렌글리콜을 40중량% 미만으로 포함할 경우 음극의 유연성 향상 효과가 저하될 우려가 있다.The second binder polymer may contain 40 wt% or more of the polyethylene glycol, preferably 50 wt% or more, more preferably 80 wt% or more. If the second binder polymer contains less than 40 wt% of the polyethylene glycol, there is a concern that the effect of improving the flexibility of the negative electrode may be reduced.

상기 제2 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 내지 500,000, 바람직하게는 50,000 내지 400,000, 더 바람직하게는 75,000 내지 300,000일 수 있다. 상기 범위에 있을 때 접착력과 음극의 유연성을 더욱 향상시킬 수 있다.The weight average molecular weight (M w ) of the second binder polymer may be 1,000 to 500,000, preferably 50,000 to 400,000, and more preferably 75,000 to 300,000. When within the above range, the adhesive strength and flexibility of the negative electrode can be further improved.

상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 79:21 내지 99.8:0.2의 중량비로 포함한다. 만일 상기 바인더가 상기 제1 바인더 고분자 79중량% 미만, 상기 제2 바인더 고분자를 21중량% 초과로 포함할 경우, 음극의 전극 접착력이 향상될 수 없고 음극의 수명 저하가 발생할 우려가 있다. 만일, 상기 바인더가 상기 제1 바인더 고분자를 99.8중량% 초과, 상기 제2 바인더 고분자를 0.2중량% 미만으로 포함할 경우 음극의 유연성 향상 효과가 발휘될 수 없다.The binder contains the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 79:21 to 99.8:0.2. If the binder contains less than 79 wt% of the first binder polymer and more than 21 wt% of the second binder polymer, the electrode adhesiveness of the negative electrode may not be improved and there is a concern that the lifespan of the negative electrode may be reduced. If the binder contains more than 99.8 wt% of the first binder polymer and less than 0.2 wt% of the second binder polymer, the effect of improving the flexibility of the negative electrode may not be exerted.

바람직하게, 상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 83:17 내지 98:2, 더 바람직하게는 92:8 내지 97:3의 중량비로 포함할 수 있으며, 상기 범위에 있을 때 전술한 음극의 유연성 및 전극 접착력 향상 효과가 동시에 우수한 수준으로 발휘될 수 있다.Preferably, the binder may contain the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 83:17 to 98:2, more preferably 92:8 to 97:3, and when within the above range, the aforementioned effects of improving the flexibility of the negative electrode and the electrode adhesion can be simultaneously exhibited at an excellent level.

상기 바인더는 상기 음극 활물질층 내에 1중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 5중량%, 더 바람직하게는 3중량% 내지 4.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에 있을 때, 음극의 유연성 및 전극 접착력 향상 효과를 충분히 발휘하면서도 음극의 용량 특성을 향상시킬 수 있다.The above binder may be included in the negative electrode active material layer at 1 wt% to 10 wt%, preferably 2 wt% to 5 wt%, and more preferably 3 wt% to 4.5 wt%. When present in the above range, the capacity characteristics of the negative electrode can be improved while sufficiently exhibiting the effects of improving the flexibility and electrode adhesiveness of the negative electrode.

상기 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, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it is conductive 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, paneth black, lamp black, thermal black, etc.; conductive fibers such as carbon fibers or metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers 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 도전재는 상기 음극 활물질층 전체 중량에 대하여 0.5중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 5중량%로 상기 음극 활물질층에 포함될 수 있다.The above-mentioned conductive material may be included in the negative electrode active material layer in an amount of 0.5 wt% to 10 wt%, preferably 1 wt% to 5 wt%, relative to the total weight of the negative electrode active material layer.

상기 음극 활물질층의 두께는 10㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다.The thickness of the above negative active material layer may be 10 ㎛ to 200 ㎛, preferably 50 ㎛ to 150 ㎛.

상기 음극은 상기 음극 집전체 상에 음극 활물질, 바인더, 및 도전재 및/또는 음극 슬러리 형성용 용매를 포함하는 음극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The above negative electrode can be manufactured by coating a negative electrode slurry including a negative electrode active material, a binder, and a conductive agent and/or a solvent for forming a negative electrode slurry on the negative electrode current collector, and then drying and rolling.

상기 음극 슬러리 형성용 용매는 예를 들어 증류수, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 증류수를 포함할 수 있다.The solvent for forming the above cathode slurry may include at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, methanol, and isopropyl alcohol, preferably distilled water.

<이차전지><Secondary battery>

본 발명은 전술한 음극을 포함하는 이차전지, 구체적으로는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery, specifically a lithium secondary battery, including the above-described negative electrode.

구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지는 전술한 음극; 상기 음극에 대향하는 양극; 상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및 전해질을 포함한다.Specifically, a secondary battery according to the present invention includes the above-mentioned negative electrode; a positive electrode opposite to the negative electrode; a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode; and an electrolyte.

상기 양극은 양극 집전체; 상기 양극 집전체 상에 형성되는 양극 활물질층을 포함할 수 있다.The above positive electrode may include a positive electrode current collector; a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector.

상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 음극 집전체는 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.The above positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Specifically, the negative 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, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc.

상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.The above positive electrode current collector may typically have a thickness of 3 to 500 μm.

상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The above-mentioned positive electrode current collector may form fine irregularities on the surface to strengthen the bonding strength of the negative electrode active material. For example, the above-mentioned negative electrode current collector may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven fabric, etc.

상기 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함할 수 있다.The above positive electrode active material layer may include a positive electrode active material.

상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 적어도 1종의 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물, 바람직하게는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.The above positive electrode active material is a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium, and specifically, may include a lithium-transition metal composite oxide including lithium and at least one transition metal selected from nickel, cobalt, manganese, and aluminum, preferably a lithium-transition metal composite oxide including lithium and a transition metal selected from nickel, cobalt, and manganese.

보다 구체적으로, 상기 리튬 전이금속 복합 산화물로는 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2-zNizO4(여기에서, 0<Z<2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(여기에서, 0<Z1<2) 등), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(여기에서, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(여기에서, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물 (예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다. 이중에서도 전지의 용량 특성 및 안정성을 높일 수 있다는 점에서 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 리튬 니켈-망간-코발트 산화물(예를 들면, Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등), 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있으며, 리튬 전이금속 복합 산화물을 형성하는 구성원소의 종류 및 함량비 제어에 따른 개선 효과의 현저함을 고려할 때 상기 리튬 전이금속 복합 산화물은 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2 등일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.More specifically, the lithium transition metal composite oxide includes lithium-manganese oxides (e.g., LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , etc.), lithium-cobalt oxides (e.g., LiCoO 2 , etc.), lithium-nickel oxides (e.g., LiNiO 2 , etc.), lithium-nickel-manganese oxides (e.g., LiNi 1-Y Mn Y O 2 (wherein, 0<Y<1), LiMn 2-z Ni z O 4 (wherein, 0<Z<2)), lithium-nickel-cobalt oxides (e.g., LiNi 1-Y1 Co Y1 O 2 (wherein, 0<Y1<1)), lithium-manganese-cobalt oxides (e.g., LiCo 1-Y2 Mn Y2 O 2 (wherein, 0<Y2<1), LiMn 2-z1 Co z1 O 4 (wherein, (0<Z1<2) etc.), lithium-nickel-manganese-cobalt oxides (e.g., Li(Ni p Co q Mn r1 )O 2 (wherein, 0<p<1, 0<q<1, 0<r1<1, p+q+r1=1) or Li(Ni p1 Co q1 Mn r2 )O 4 (wherein, 0<p1<2, 0<q1<2, 0<r2<2, p1+q1+r2=2) etc.), or lithium-nickel-cobalt-transition metal (M) oxides (e.g., Li(Ni p2 Co q2 Mn r3 M S2 )O 2 (wherein, M is selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg and Mo, and p2, q2, r3 and s2 are atomic fractions of independent elements, 0<p2<1, 0<q2<1, 0<r3<1, 0<s2<1, p2+q2+r3+s2=1), etc.), and one or more compounds among these may be included. Among these, the lithium transition metal composite oxide may be LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , lithium nickel-manganese-cobalt oxide (for example, Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 , Li(Ni 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 )O 2 or Li(Ni 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 )O 2 , or lithium nickel cobalt aluminum oxide (for example, Li(Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2 , etc.), and considering the prominence of the improvement effect according to the control of the type and content ratio of the constituent elements forming the lithium transition metal composite oxide , the lithium transition metal composite oxide may be The oxide may be Li ( Ni0.6Mn0.2Co0.2 ) O2 , Li ( Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15 ) O2 or Li ( Ni0.8Mn0.1Co0.1 ) O2 , and any one of these or a mixture of two or more thereof may be used.

상기 양극 활물질은 양극 활물질의 충분한 용량 발휘 등을 고려하여 양극 활물질층 내에 80중량% 내지 99중량%, 바람직하게는 92중량% 내지 98.5중량%로 포함될 수 있다.The above-mentioned positive electrode active material may be included in the positive electrode active material layer at 80 to 99 wt%, preferably 92 to 98.5 wt%, taking into account sufficient capacity of the positive electrode active material.

상기 양극 활물질층은 전술한 양극 활물질과 함께 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다.The above-described positive electrode active material layer may further include a binder and/or a conductive material together with the above-described positive electrode active material.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결착과 집전체에 대한 결착에 조력하는 성분이며, 구체적으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함할 수 있다.The above binder is a component that assists in the binding of the active material and the conductive material and the binding to the current collector, and specifically, may include at least one selected from the group consisting of 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, and fluororubber, preferably polyvinylidene fluoride.

상기 바인더는 양극 활물질 등 성분 간 결착력을 충분히 확보하는 측면에서 양극 활물질층 내에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The above binder may be included in the positive electrode active material layer at 1 to 20 wt%, preferably 1.2 to 10 wt%, in order to sufficiently secure binding force between components such as the positive electrode active material.

상기 도전재는 이차전지에 도전성을 보조 및 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 도전성 향상 측면에서 카본 블랙을 포함할 수 있다.The conductive material may be used to assist and improve conductivity in a secondary battery, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change. Specifically, the conductive material may include at least one selected from the group consisting of graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, paneth black, lamp black, thermal black, etc.; conductive fibers such as carbon fibers or metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and polyphenylene derivatives, and preferably, the conductive material may include carbon black in terms of improving conductivity.

상기 도전재는 양극 활물질층 형성을 위한 슬러리 제조 시에 도전재의 분산을 용이하게 하고, 전기 전도도를 더욱 향상시키는 측면에서, 도전재의 비표면적이 80m2/g 내지 200m2/g, 바람직하게는 100m2/g 내지 150m2/g일 수 있다.In order to facilitate dispersion of the conductive material during the preparation of a slurry for forming a positive electrode active material layer and to further improve electrical conductivity, the specific surface area of the conductive material may be 80 m 2 /g to 200 m 2 /g, preferably 100 m 2 /g to 150 m 2 /g.

상기 도전재는 전기 전도성을 충분히 확보하는 측면에서 양극 활물질층 내에 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 1.2중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.The above-mentioned conductive agent may be included in the positive electrode active material layer at 1 wt% to 20 wt%, preferably 1.2 wt% to 10 wt%, in order to sufficiently secure electrical conductivity.

상기 양극 활물질층의 두께는 30㎛ 내지 400㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 110㎛일 수 있다.The thickness of the above positive electrode active material layer may be 30 ㎛ to 400 ㎛, preferably 50 ㎛ to 110 ㎛.

상기 양극은 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질 및 선택적으로 바인더, 도전재 및 양극 슬러리 형성용 용매를 포함하는 양극 슬러리를 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The above positive electrode can be manufactured by coating a positive electrode slurry including a positive electrode active material and optionally a binder, a conductive material, and a solvent for forming a positive electrode slurry on the positive electrode current collector, and then drying and rolling.

상기 양극 슬러리 형성용 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기 용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 양극 슬러리 형성용 용매는 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 고형분의 농도가 50 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 90 중량%가 되도록 상기 양극 슬러리에 포함될 수 있다.The solvent for forming the positive electrode slurry may include an organic solvent such as NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), and may be used in an amount that provides a desirable viscosity when including the positive electrode active material, and optionally a binder and a conductive material. For example, the solvent for forming the positive electrode slurry may be included in the positive electrode slurry such that the concentration of the solid content including the positive electrode active material, and optionally a binder and a conductive material is 50 wt% to 95 wt%, preferably 70 wt% to 90 wt%.

상기 분리막은 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The above separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for lithium ions to move. If it is a separator that is usually used as a separator in a lithium secondary battery, it can be used without any special restrictions, and in particular, it is preferable that it has low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture retention capacity. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or a laminated structure of two or more layers thereof, can be used. In addition, a typical porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high-melting-point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. can be used. In addition, a coated separator containing a ceramic component or a polymer material can be used to secure heat resistance or mechanical strength, and can be selectively used in a single-layer or multi-layer structure.

또한, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 이차전지 제조 시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.In addition, the electrolyte used in the present invention may include, but is not limited to, an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, etc. that can be used in the manufacture of a secondary battery.

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 감마-부티로락톤, ε-카프로락톤 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르 또는 테트라히드로퓨란 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 벤젠, 플루오로벤젠 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 메틸에틸카보네이트(MEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다.As the organic solvent, any solvent that can act as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move may be used without particular limitation. Specifically, the organic solvent may include: ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, gamma-butyrolactone, and ε-caprolactone; ether solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; carbonate solvents such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and propylene carbonate (PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; Nitriles such as R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having C2 to C20, which may include a double-bonded aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; or sulfolanes can be used. Of these, carbonate solvents are preferable, and a mixture of a cyclic carbonate (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate) having high ionic conductivity and high dielectric constant, which can improve the charge/discharge performance of the battery, and a linear carbonate compound having low viscosity (e.g., ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate), is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the linear carbonate are mixed and used in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the performance of the electrolyte can be excellent.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The above lithium salt can be used without any particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt may be LiPF 6 , LiClO , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 . It is preferable to use the concentration of the lithium salt within the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so that it can exhibit excellent electrolyte performance, and lithium ions can move effectively.

상기 이차전지는 통상의 이차전지의 제조방법에 따라, 상술한 음극과 양극 사이에 분리막을 개재시킨 후, 전해액을 주입하여 제조될 수 있다.The above secondary battery can be manufactured by inserting a separator between the above-described negative electrode and positive electrode and then injecting an electrolyte according to a conventional secondary battery manufacturing method.

본 발명에 따른 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하며, 특히 중대형 전지모듈의 구성 전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 상기와 같은 이차전지를 단위 전지로 포함하는 중대형 전지모듈을 제공한다.The secondary battery according to the present invention is useful in the fields of portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEVs), and can be particularly preferably used as a component battery of a medium- or large-sized battery module. Accordingly, the present invention also provides a medium- or large-sized battery module including the secondary battery as a unit battery.

이러한 중대형 전지모듈은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장장치 등과 같이 고출력, 대용량이 요구되는 동력원에 바람직하게 적용될 수 있다.These medium and large-sized battery modules can be preferably applied to power sources that require high output and large capacity, such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, and power storage devices.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 Example

실시예 1: 음극의 제조Example 1: Preparation of cathode

실리콘계 활물질로서 SiOx(0.01≤x<2)(평균 입경(D50): 7㎛) 및 탄소계 활물질로서 인조흑연(평균 입경(D50): 20㎛)를 15:85의 중량비로 혼합한 것을 음극 활물질로 하였다.A negative electrode active material was prepared by mixing SiO x (0.01≤x<2) (average particle size ( D50 ): 7㎛) as a silicon-based active material and artificial graphite (average particle size ( D50 ): 20㎛) as a carbon-based active material in a weight ratio of 15:85.

제1 바인더 고분자로서 폴리비닐알코올 및 폴리아크릴산이 65:35의 중량비로 함유된 공중합체(중량평균분자량(Mw): 360,000)를 준비하였고, 제2 바인더 고분자로서 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량(Mw): 35,000)을 준비하여, 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 80:20의 중량비로 혼합한 것을 바인더로 하였다.A copolymer (weight average molecular weight (M w ): 360,000) containing polyvinyl alcohol and polyacrylic acid in a weight ratio of 65:35 was prepared as a first binder polymer, and polyethylene glycol (weight average molecular weight (M w ): 35,000) was prepared as a second binder polymer. The first binder polymer and the second binder polymer were mixed in a weight ratio of 80:20 to form a binder.

상기 음극 활물질, 도전재로서 카본 블랙(SuperC65, 제조사:timcal) 및 상기 바인더를 94.5:1.5:4의 중량비로 음극 슬러리 형성용 용매로서 증류수에 첨가하여 음극 슬러리를 제조하였다(고형분 농도: 45중량%).The negative electrode active material, carbon black (SuperC65, manufacturer: Timcal) as a conductive material, and the binder were added to distilled water as a solvent for forming a negative electrode slurry at a weight ratio of 94.5:1.5:4 to prepare a negative electrode slurry (solid content concentration: 45 wt%).

음극 집전체로서 구리 집전체(두께: 20㎛)의 일면에 상기 음극 슬러리를 코팅하고, 압연(roll press)하고, 100℃의 진공 오븐에서 1시간 동안 건조하여 음극 활물질층(두께: 130㎛)을 형성하여, 이를 실시예 1에 따른 음극으로 하였다.The negative electrode slurry was coated on one side of a copper current collector (thickness: 20 μm) as a negative electrode collector, rolled (roll pressed), and dried in a vacuum oven at 100°C for 1 hour to form a negative electrode active material layer (thickness: 130 μm), which was used as a negative electrode according to Example 1.

실시예 2Example 2

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 85:15로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 85:15.

실시예 3Example 3

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 90:10으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 3의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 90:10.

실시예 4Example 4

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 95:5로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 4의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 4 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 95:5.

실시예 5Example 5

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 97.5:2.5로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 5의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 97.5:2.5.

실시예 6Example 6

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 98.7:1.3으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 6의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 6 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 98.7:1.3.

실시예 7Example 7

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 99.75:0.25로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 6의 음극을 제조하였다A negative electrode of Example 6 was manufactured in the same manner as Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer as a binder was adjusted to 99.75:0.25.

실시예 8Example 8

제2 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)을 100,000으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 실시예 8의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 8 was manufactured in the same manner as in Example 5, except that the weight average molecular weight (Mw) of the second binder polymer was adjusted to 100,000.

실시예 9Example 9

제2 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)을 350,000으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 실시예 9의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Example 9 was manufactured in the same manner as in Example 5, except that the weight average molecular weight (Mw) of the second binder polymer was adjusted to 350,000.

비교예 1Comparative Example 1

바인더로서 제1 바인더 고분자만을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that only the first binder polymer was used as a binder.

비교예 2Comparative Example 2

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 77.5:22.5로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer was adjusted to 77.5:22.5.

비교예 3Comparative Example 3

바인더로서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 중량비를 99.88:0.12로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 3의 음극을 제조하였다.A negative electrode of Comparative Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the first binder polymer and the second binder polymer was adjusted to 99.88:0.12.

실험예Experimental example

실험예 1: 유연성 평가Experimental Example 1: Flexibility Evaluation

실시예 1~9, 비교예 1~3에서 제조된 음극으로 cylindrical mandrel bending test를 수행하였다.A cylindrical mandrel bending test was performed on the cathodes manufactured in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.

구체적으로, 실시예 및 비교예들의 음극을 20mm × 100mm 로 절단하고, 다양한 직경을 갖는 sus 소재의 원통형 막대에 상기 음극을 감은 뒤, 음극의 크랙이 발생하지 않는 최소 직경을 육안으로 관찰하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Specifically, the cathodes of the examples and comparative examples were cut to 20 mm × 100 mm, the cathodes were wound around cylindrical rods made of SUS material having various diameters, and the minimum diameter at which cracks did not occur in the cathodes was observed with the naked eye. The results are shown in Table 1 below.

실험예 2: 전극 접착력 평가Experimental Example 2: Evaluation of Electrode Adhesion

실시예 1~9, 비교예 1~3에서 제조된 음극으로 전극 접착력을 평가하였다.The electrode adhesion was evaluated using the cathodes manufactured in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3.

구체적으로, 실시예 및 비교예들의 음극을 20mm × 100mm 로 절단하였다. 슬라이드 글라스에 양면 테이프를 부착하고, 실시예 및 비교예들의 음극의 음극 활물질층이 상기 슬라이드 글라스와 접하도록, 음극과 슬라이드 글라스를 양면 테이프로 부착하였다. 음극 집전체를 180° 방향으로 음극 활물질층으로부터 5cm 떼면서, 음극 활물질층과 음극 집전체 사이에 작용하는 힘을 Texture analyzer 장비를 통해 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Specifically, the negative electrodes of the examples and comparative examples were cut to 20 mm × 100 mm. Double-sided tape was attached to a slide glass, and the negative electrodes and the slide glass were attached with the double-sided tape so that the negative active material layer of the negative electrodes of the examples and comparative examples was in contact with the slide glass. The negative electrode current collector was separated from the negative electrode active material layer by 5 cm in a 180° direction, and the force acting between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector was measured using a texture analyzer device. The results are shown in Table 1 below.

유연성 평가Flexibility Assessment 전극 접착력 평가Electrode adhesion evaluation 음극의 크랙이 발생하지 않는 최소 직경(mm)Minimum diameter (mm) in which no crack occurs in the cathode 전극 접착력(gf/20cm)Electrode adhesion (gf/20cm) 실시예 1Example 1 33 2525 실시예 2Example 2 33 2626 실시예 3Example 3 33 2626 실시예 4Example 4 33 2828 실시예 5Example 5 66 3131 실시예 6Example 6 1010 3232 실시예 7Example 7 2222 3434 실시예 8Example 8 44 3434 실시예 9Example 9 44 3131 비교예 1Comparative Example 1 4040 3737 비교예 2Comparative Example 2 33 2020 비교예 3Comparative Example 3 3434 3535

표 1을 참조하면, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자를 본 발명 범위로 사용하는 실시예 1 내지 9의 음극은 비교예들에 비해 전극의 유연성 및 접착력을 동시에 우수한 수준으로 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it can be confirmed that the negative electrodes of Examples 1 to 9 using the first binder polymer and the second binder polymer within the scope of the present invention simultaneously improve the flexibility and adhesiveness of the electrode to an excellent level compared to the comparative examples.

Claims (10)

음극 집전체; 및
상기 음극 집전체 상에 형성되는 음극 활물질층을 포함하고,
상기 음극 활물질층은 실리콘계 활물질을 포함하는 음극 활물질, 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자로 이루어진 바인더, 및 도전재를 포함하고,
상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하고,
상기 제2 바인더 고분자는 폴리에틸렌글리콜을 포함하며,
상기 바인더는 상기 제1 바인더 고분자 및 상기 제2 바인더 고분자를 79:21 내지 99.8:0.2의 중량비로 포함하는 음극.
Negative current collector; and
Including a negative electrode active material layer formed on the negative electrode current collector,
The above negative active material layer includes a negative active material including a silicon-based active material, a binder composed of a first binder polymer and a second binder polymer, and a conductive material.
The first binder polymer comprises at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile and polyacrylamide,
The above second binder polymer comprises polyethylene glycol,
The above binder is a negative electrode comprising the first binder polymer and the second binder polymer in a weight ratio of 79:21 to 99.8:0.2.
청구항 1에 있어서,
상기 바인더는 상기 음극 활물질층 내에 1중량% 내지 10중량%로 포함되는 음극.
In claim 1,
A negative electrode in which the binder is included in the negative electrode active material layer at 1 to 10 wt%.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 바인더 고분자는 상기 폴리에틸렌글리콜을 80중량% 이상 포함하는 음극.
In claim 1,
The second binder polymer is a negative electrode containing 80 wt% or more of the polyethylene glycol.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)는 1,000 내지 500,000인 음극.
A negative electrode according to claim 1, wherein the weight average molecular weight (Mw) of the second binder polymer is 1,000 to 500,000.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 바인더 고분자는 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올을 포함하는 음극.
In claim 1, the first binder polymer is a negative electrode comprising polyacrylic acid and polyvinyl alcohol.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 바인더 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 100,000 내지 500,000인 음극.
In claim 1, a negative electrode wherein the weight average molecular weight (Mw) of the first binder polymer is 100,000 to 500,000.
청구항 1에 있어서, 상기 실리콘계 활물질은 SiOx(0≤x<2)로 표시되는 화합물을 포함하는 음극.
In claim 1, the silicon-based active material is a negative electrode including a compound represented by SiO x (0≤x<2).
청구항 1에 있어서, 상기 음극 활물질은 탄소계 활물질을 더 포함하는 음극.
In claim 1, the negative electrode further comprises a carbon-based active material.
청구항 8에 있어서, 상기 음극 활물질은 상기 실리콘계 활물질 및 상기 탄소계 활물질을 5:95 내지 40:60의 중량비로 포함하는 음극.
In claim 8, the negative electrode active material comprises the silicon-based active material and the carbon-based active material in a weight ratio of 5:95 to 40:60.
청구항 1에 따른 음극;
상기 음극에 대향하는 양극;
상기 음극 및 상기 양극 사이에 개재되는 분리막; 및
전해질을 포함하는 이차전지.
A cathode according to claim 1;
An anode opposite to the cathode;
A separator interposed between the cathode and the anode; and
A secondary battery containing an electrolyte.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240068375A (en) * 2022-11-10 2024-05-17 에스케이온 주식회사 Anode mixture slurry, anode manufactrured from the slurry and lithium ion battery comprising the anode
KR20240143399A (en) * 2023-03-24 2024-10-02 주식회사 엘지에너지솔루션 Separator for electrochemical device and electrochemical device comprising the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012510142A (en) * 2008-11-27 2012-04-26 ビーワイディー カンパニー リミテッド Silicon-based negative electrode, lithium ion battery, and method for manufacturing silicon-based negative electrode

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1313158A3 (en) * 2001-11-20 2004-09-08 Canon Kabushiki Kaisha Electrode material for rechargeable lithium battery, electrode comprising said electrode material, rechargeable lithium battery having said electrode , and process for the production thereof
KR20060063371A (en) * 2004-12-07 2006-06-12 주식회사 엘지화학 Polyethylene glycol-added electrode and lithium secondary battery comprising the same
KR101321122B1 (en) * 2011-12-23 2013-10-29 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Silicon based anode active material for lithium rechargeable battery, preparation method thereof and lithium secondary battery comprising the same
KR20160002252A (en) * 2014-06-30 2016-01-07 주식회사 엘지화학 Electrode comprising binder layer, electrode assembly comprising the electrode, and method of preparing the electrode
KR101787066B1 (en) 2015-12-21 2017-10-18 주식회사 포스코 Negative electrode active material for rechargable lithium battery, method for manufacturing the same, and rechargable lithium battery including the same
KR102424266B1 (en) * 2017-04-20 2022-07-21 에스케이넥실리스 주식회사 Copper foil with enhanced adhesion property by having hydrophilic polymer layer, electrode comprisng the same, secondary battery comprising the same and method for manufacturing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012510142A (en) * 2008-11-27 2012-04-26 ビーワイディー カンパニー リミテッド Silicon-based negative electrode, lithium ion battery, and method for manufacturing silicon-based negative electrode

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