KR100274888B1 - 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법에 관한 것으로, 특히 활물질과 도전제의 혼합 불량에 의해 극판에서 2차 입자가 발생되는 것을 해결하고자 한다.

구성 : 용기에 유기 용매와 도전제를 함께 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 도전제의 표면에 유기 용매가 고르게 분포되게 하고, 이렇게 교반된 혼합물에 활물질을 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 활물질의 표면에 도전제가 코팅되게 하는 방법으로 행하여짐을 특징으로 한다.

효과 : 상기한 유기 용매는 도전제와 먼저 혼합되므로 그 도전제의 표면에 고르게 분산되어, 그 후 투입되는 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 것이므로, 도전제와 활물질의 엉김에 의해 발생되는 2차 입자 발생을 방지할 수 있다.

Description

이차전지의 활물질 슬러리 제조방법

본 발명은 전극 활물질과 도전제 및 유기 용매의 혼합 공정을 변경하여, 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하고, 극판의 2차 입자(또는 덩어리)가 방지되도록 하는데 적합하게 이용될 수 있는 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.

지금까지 알려진 이차전지에서 리튬이온전지는 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 부극 활물질로 리튬금속, 리튬합금, 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함한 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 전해액이 사용된 것으로, 정극과 부극간에 리튬 이온이 이동되어 기전력을 발생시키므로서 충·방전이 이루어지도록 한다.

이러한 리튬이온전지에서 정극의 제조방법은 리튬-천이금속 산화물로 된 활물질과, 카본으로 된 도전제와, PVDF(polyvinylidene fluoride)로 된 바인더 및 NMP(N-methyl pyrrolidone)로 된 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 다음, 이것을 진공 분리 후 알루미늄 호일로 된 기재에 코팅하고, 건조, 압연함으로써 제조되어 진다.

이와 같이 제조되는 활물질은 기본적으로 전도성이 없는 것이므로 그 전도도를 높이기 위해 구(球)형으로 된 활물질 입자의 표면에 도전제가 코팅되게 하여 도전 네트워크를 형성하는 것이다.

그러나 앞에서 설명된 종래의 제조방법에 의하면, 도전제의 확산 효과가 저조하여 활물질과의 혼합이 잘 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 또, 이와 같이 제조된 활물질 슬러리는 기재에 코팅될 때 불량한 2차 입자를 발생시키게 된다.

또한, 상기 도전제와 활물질의 혼합이 잘 이루어지도록 하기 위해 유기 용매를 다단계로 투입할 수 있는데, 이 경우에는 슬러리의 제조 공정에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 목적에서 안출된 것으로, 본 발명은 도전제와 활물질의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 방안으로 혼합 공정을 변경하여, 2차 입자의 발생이 방지되도록 한 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법을 제공한다.

이를 위하여, 본 발명의 활물질 슬러리는 용기에 유기 용매와 도전제를 함께 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 도전제의 표면에 유기 용매가 고르게 분포되게 하고, 이렇게 교반된 혼합물에 활물질을 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 활물질의 표면에 도전제가 코팅되게 하는 방법에 의해 얻어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유기 용매는 도전제와 먼저 혼합되므로 그 도전제의 표면에 고르게 분산되어, 그 후 투입되는 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 것이다. 따라서, 본 발명에 의하면 도전제와 활물질의 엉김에 의해 발생되는 2차 입자의 발생을 실제적으로 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 이차전지의 일 예로서 리튬이온전지에 사용되는 정극에 관하여 설명하기로 한다.

리튬이온전지에 사용되는 정극은 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고,도전제로 카본이 사용되며, 바인더로 PVDF 및 유기 용매로 NMP가 사용되어 혼합됨으로써 슬러리로 제조되는 것이다.

이와 같은 슬러리 제조 공정에서 상기 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하고, 상기 활물질의 표면에 도전제가 코팅되게 하여 도전 네트워크를 형성하는 방안으로, 본 발명은 먼저 도전제의 표면에 유기 용매가 고르게 분포되게 하여, 그 유기 용매가 활물질 확산에 기여토록 한 것이다.

보다 구체적인 것으로, 본 발명에 의한 정극 활물질 슬러리의 제조 방법은 용기에 유기 용매와 도전제를 함께 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 도전제의 표면에 유기 용매가 고르게 분포되도록 한 다음에, 상기와 같이 교반된 혼합물에 다시 활물질을 투입하고 적어도 30분 동안 교반하여 상기 활물질의 표면에 도전제의 확산 및 코팅이 이루어지게 하는 것이다.

이렇게 제조된 정극 활물질 슬러리는 진공 분위기에서 기포가 제거되고, 알루미늄 호일로 된 기재에 코팅된 후, 건조 및 압연됨으로써 극판으로 제조되어 진다.

이상에서 설명된 방법에 의해 제조된 본 발명의 정극은 종래와 달리 2차 입자의 발생률이 10∼15％까지 감소됨을 알 수 있었다. 이것은 본 출원인에 의한 다수의 실험으로써 얻어진 결과이며, 그 작용은 도전제와 먼저 혼합된 유기 용매가 활물질과 도전제의 혼합에 기여하므로, 2차 입자의 발생을 억제하는 것으로 나타나게 된다.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법은 극판의 2차 입자의 발생을 억제하는 효과를 갖는 것이다.

즉, 본 발명은 도전제와 먼저 혼합된 유기 용매가 활물질과 도전제의 확산에 기여하도록 제조 과정을 변경함으로써, 종래 기술에서 문제시 되었던 도전제와 활물질의 엉김에 의해 발생되는 2차 입자 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 활물질과 도전제의 교반이 잘 이루어지므로 제조 공정에 소요되는 작업 시간도 아울러 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 용기에 유기 용매와 도전제를 함께 투입하고 교반하여 상기 도전제의 표면에 유기 용매가 고르게 분포되게 하는 단계와, 이렇게 교반된 혼합물에 활물질을 투입하고 교반하여 상기 활물질의 표면에 도전제가 코팅되게 하는 단계를 포함하여 행하여짐을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 유기 용매와 도전제의 교반은 적어도 30분 동안 행하여짐을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 활물질의 교반은 적어도 30분 동안 행하여짐을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 슬러리 제조방법.