JP6661773B2 - 電気化学素子用集電体及び電極の製造方法 - Google Patents
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-
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Description
本出願は、2016年7月18日出願の韓国特許出願第10−2016−0090985号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
本発明の具体的な一実施形態によって、前記延伸された金属薄膜の表面に電極活物質層を形成して電極を製造する。前記電極活物質層は、電極活物質層形成用スラリーを製造した後、前記延伸された金属薄膜の表面に前記スラリーを塗布し乾燥して形成することができる。
本発明の一実施形態において、前記冷却は加熱及び延伸された金属薄膜の表面に電極スラリーを塗布することで行うことができる。本発明において、電極活物質、導電剤及びバインダー樹脂を適切な溶媒に分散させて前記電極活物質層形成用スラリーを製造する。前記電極活物質層形成用スラリーは、前記成分の他にも適切な添加剤をさらに含むことができる。ここでは、前記スラリーの温度を常温(25℃)+/−10℃に維持した状態で金属薄膜の表面に塗布して、集電体の収縮及び冷却を誘導する。
本発明の一実施形態において、金属薄膜を冷却した後、冷却された金属薄膜の表面に電極活物質層を形成することができる。まず、前記(S20)で加熱及び延伸された金属薄膜を冷却して表面にしわが形成された金属薄膜を収得して、これを集電体として使用する。本発明の一実施形態において、前記金属薄膜の冷却は、自然冷却、送風冷却、冷風冷却などから適切に1つ以上を選択して行われ得る。望ましくは、送風冷却及び/または冷風冷却の方法を使用し得る。このとき、金属薄膜の表面温度を考慮して5℃/min以上20℃/min以下、または10℃/min以下の冷却速度で冷却することが望ましい。また、前記冷却は金属薄膜の表面温度が常温(25℃)になるまで行われ得る。上述した冷却速度より遅い場合は表面にしわが十分に生成されない。
この他、本明細書で上述していない電池素子、例えば分離膜、導電材、バインダー樹脂、電解液などは、電池分野、特にリチウム二次電池分野で通常使用される素子を使用し得る。
実施例1−1〜1−3
(1)集電体の用意
厚さ約20μmの銅薄膜を用意した。前記銅薄膜は引張強度が約30kgf/mm2であり、延伸率が約5%であった。次に、前記銅薄膜の表面が特定温度になるまで加熱した。その後、加熱された銅薄膜を一軸延伸した。各試料サンプルに対する加熱温度、延伸率は下記表1に示したようである。
次に、用意した集電体の表面に電極活物質層形成用スラリーを90μmの厚さで塗布した。前記スラリーは、人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFをNMPに投入して噴射して用意し、人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFの重量比は90:4:6であった。また、前記スラリーは150℃に加熱して用意した。前記スラリーを冷風乾燥して電極を製造した。乾燥した電極層は活物質層の厚さが55μmになるように圧延した。前記冷風乾燥は約7℃/minの冷却速度で、電極表面の温度が常温(25℃)になるまで行った。
(1)集電体の用意
厚さ約20μmの銅薄膜を用意した。前記銅薄膜は引張強度が約30kgf/mm2であり、延伸率が約5%であった。
人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFをNMPと混合して電極スラリーを製造した。前記電極スラリーで人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFは重量比で90:4:6の比率で混合した。前記スラリーを用意した銅薄膜の表面に厚さ90μmに塗布し、送風乾燥して電極を製造した。その後、乾燥した電極を活物質層の厚さが55μmになるように圧延した。
厚さ約20μmの銅薄膜を用意した。前記銅薄膜は引張強度が約30kgf/mm2であり、延伸率が約5%であった。人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFをNMPと混合して電極スラリーを製造した。前記電極スラリーで人造黒鉛、カーボンブラック及びPVdFは重量比で90:4:6の比率で混合した。前記スラリーを用意した銅薄膜の表面に厚さ90μmに塗布し、送風乾燥して電極を製造した。乾燥した電極層は電極活物質層の厚さが55μmになるように圧延した。
直径1R(半径1mm)のバー(bar)に前記実施例及び比較例で製造された電極を巻き取ってから、前記バーを90゜に折り曲げることを150回繰り返した。実施例では70回折り曲げた後、クラック及び/または電極活物質の脱離が生じたが、比較例の場合は10回折り曲げた後、クラック及び電極活物質の脱離が生じた。
実施例及び比較例の各電極に対して折り曲げる前の面抵抗を測定した。次に、直径15R(半径15mm)のバーに前記実施例及び比較例で製造された電極を巻き取り、前記バーを90゜に折り曲げることを1,500回繰り返した。その後、各電極の面抵抗を測定した。面抵抗は4−プローブ面抵抗測定装置(CMT−SR2000N)を用いて測定した。その結果、実施例では面抵抗の増加率が110%以下であったが、比較例の場合は面抵抗の増加率が200%であった。
20 :電極活物質層
100:加熱装置
200:乾燥装置
300:スラリー塗布機
400:移送ローラー
500:乾燥装置
Claims (14)
- (S10)集電体用金属薄膜を加熱する段階;
(S20)前記加熱された金属薄膜を延伸する段階;及び
(S30)前記加熱された金属薄膜を冷却する段階;
を含み、前記(S30)段階において前記金属薄膜にしわが形成される、電極の製造方法。 - 前記金属薄膜は、集電体用金属薄膜であり、銅及び/またはアルミニウムを含む請求項1に記載の電極の製造方法。
- 前記(S10)段階の加熱は、金属薄膜の酸化を防止するため、真空条件または不活性ガス置換雰囲気下で行われる請求項1に記載の電極の製造方法。
- 前記(S20)段階は、金属薄膜を102%〜125%に延伸する段階である請求項1に記載の電極の製造方法。
- 前記(S30)段階は、下記の(S31)〜(S33)段階をさらに含む請求項1に記載の電極の製造方法。
(S31)金属薄膜の表面温度を(S20)における加熱温度対比−100〜−150℃に冷却する段階;
(S32)前記金属薄膜の表面に60℃〜100℃に加熱された電極活物質層形成用スラリーを塗布する段階;及び
(S33)前記塗布された電極活物質層形成用スラリーを乾燥する段階。 - 前記(S33)段階と同時、または、前記(S33)段階の後に、電極の冷却がさらに行われる請求項5に記載の電極の製造方法。
- 前記(S30)段階は、下記の(S34)〜(S35)段階をさらに含む請求項1に記載の電極の製造方法。
(S34)前記延伸された金属薄膜の表面に電極活物質層形成用スラリーを塗布する段階;及び
(S35)前記塗布された電極活物質層形成用スラリーを乾燥する段階。 - 前記(S34)段階の電極活物質層形成用スラリーは常温(25℃)+/−10℃である請求項7に記載の製造方法。
- 前記(S30)段階は、下記の(S36)〜(S38)段階をさらに含む請求項1に記載の電極の製造方法。
(S36)前記金属薄膜の表面温度を常温(25℃)まで冷却する段階;
(S37)前記冷却された前記金属薄膜の表面に電極活物質層形成用スラリーを塗布する段階;及び
(S38)前記塗布された電極活物質層形成用スラリーを乾燥する段階。 - 前記(S36)段階は送風冷却及び/または冷風冷却の方法で行われ、前記金属薄膜は5℃/min〜20℃/minの速度で冷却される請求項9に記載の電極の製造方法。
- 前記金属薄膜は、厚さが5μm〜30μmである請求項1に記載の電極の製造方法。
- (S40)前記電極の表面に無機物粒子及びバインダー高分子を含む耐熱層を形成する段階をさらに含む請求項1に記載の電極の製造方法。
- 1つ以上の正極及び1つ以上の負極を用意する段階であって、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が請求項1から12のいずれか一項に記載の方法によって製造される段階;
1つ以上の分離膜を用意する段階;並びに
前記正極、前記分離膜、及び前記負極を順次積層する段階;
を含む、電極組立体の製造方法。 - 請求項13に記載の方法によって電極組立体を製造する段階を含む、電池の製造方法。
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