KR100346582B1 - 미세 균열층을 갖는 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 균열층을 갖는 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판에 관한것으로, 특히 리늄 이온 전지 양극 집전판으로 사용되는 알루미늄 호일을 250∼300℃ 로 열처리하면서 동시에 항복 강도의 1/3∼1/2정도에 해당되는 인장힘을 가하면 알루미늄 호일의 산화층 표면에 미세 균열이 발생하여 미세균열 산화층 (5) 을 형성하게 된다. 상기 미세균열 산화층 (5) 을 갖는 알루미늄 호일 위에 본 발명에 따른 양극 코팅액으로 코팅하므로서 양극 코팅액과 미세균열 산화층 (5) 을 갖는 알루미늄 호일간의 접착력을 증대시킨 것이다.

Description

미세 균열층을 갖는 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판

본 발명은 미세 균열층을 갖는 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판에 관한 것으로, 특히 집전판으로 사용되는 알루미늄 호일을 열처리와 동시에 인장힘을 가해 알루미늄 호일에 형성되어 있는 산화층 표면을 미세 균열시켜 알루미늄 호일 위에 코팅되는 양극 코팅액과의 접착력을 증대시 킬수 있게한 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판에 관한 것이다.

일반적인 예로, 종래의 집전판은 알루미늄 호일 위에 양극 코팅액으로 코팅하는 것으로 양극 코팅액은 LiCoO₂, LiNiO₂,LiMn₂O₄의 양극 활물질과 전자전도 물질인 카본을 폴리 바이닐리딘 플로라이드가 들어 있는 바인더를 용매로 하는 엔엠피(NMP) 에 녹인 액에 믹싱하여 금속인 알루미늄 호일 위에 코팅하게 된다.

상기와 같이 양극 코팅액으로 코팅된 알루미늄 호일의 산화층 표면은 치밀하게 이루어져 있기 때문에 알루미늄 호일과 양극 코팅액과의 접착력을 오래동안 유지하기가 매우 어렵다.

또한, 알루미늄 호일과 양극 코팅액간의 접착력을 오래동안 유지하기 위해 산화층 표면에 기계적으로 접착력을 증대 하여 산화층 표면을 미세 균열을 주기도 하지만 20마이크로미터 두께의 알루미늄 호일에서는 특별한 효과를 얻을 수가 없다.

본 발명은 종래의 이와같은 문제점을 감안하여 안출한것으로, 본 발명은 알루미늄 호일을 250∼300℃ 로 열처리를 하는 동시에 항복 강도의 1/3∼1/2 정도에 해당하는 인장힘을 가하여 알루미늄 호일의 산화층 표면에 미세 균열을 발생시켜 알루미늄 호일 위에 코팅하는 양극 코팅액과의 접착력을 증대시킨 알루미늄 호일의 제조 방법 및 그에 의한 리튬 이온 전지 양극 집전판을 제공하는 것이다.

도 1 (가) 는 종래 통상의 알루미늄 호일의 구조를 나타내는 도면.

(나) 는 본 발명에 따라 열처리시 계면의 내부 응력 부위를 나타내는 도면.

(다) 는 본 발명에 따라 인장힘을 가한 알루미늄 호일을 나타내는 도면.

(라) 는 본 발명에 따라 미세 균열층이 발생한 알루미늄 호일을 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 산화층 2 : 알루미늄 금속층

3 : 계면 내부응력부위 5 : 미세균열 산화층

이하, 본 발명의 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 (가) 는 종래 통상의 알루미늄 호일의 구조를 나타내는 도면이고, 도 1 (나) 는 본 발명에 따라 열처리시 계면의 내부 응력 부위를 나타내는 도면이고, 도 1 (다) 는 본 발명에 따라 인장힘을 가한 알루미늄 호일을 나타내는 도면이고, 도 1 (라) 는 본 발명에 따라 미세 균열층이 발생한 알루미늄 호일을 나타내는 도면이다.

도 1 (가) 에서 보듯이 종래 통상의 알루미늄 호일은 산화층 (1) 과 금속층 (2) 으로 이루어져 있다.

본 발명에서는 도 1 (나) 에서 보듯이 산화층 표면에 미세 균일을 발생시키기 위하여 알루미늄 호일에 250∼300℃ 의 온도로 열처리하므로서 금속층 (2) 과 산화층 (1) 사이의 부피 비율의 차이로 인해 각 층간에 응력의 차이가 발생된다. 그러므로 금속층 (2) 과 산화층 (1) 의 경계 계면에 팽창 계수 차이에 의한 계면내부응력부위 (3) 가 도 1 (다) 에 나타낸 바와 같이 계면 내부에 집중적으로 생기게 된다. 그리고 상기와 같이 계면 내부응력부위 (3) 가 형성된 상태에서 알루미늄 항복 강도의 1/3∼1/2 수준의 인장힘을 좌, 우 화살표 방향으로 가하므로 경계면에 축적되어 있는 에너지가 미세 균열 촉진시켜 도 1 (라) 에 나타낸 바와 같이 표면이 거친 미세균열 산화층 (5) 을 형성하게 된다.

상기와 같이 미세균열 산화층 (5)을 형성시키는 실시예를 설명하면 리튬 이온 전지의 집전판으로 사용되는 알루미늄 호일 릴(reel)을 코터기에 걸고, 온도 조절이 자유자재로 조정할수 있는 코터기 건조실(Drying zone) 의 온도를 250∼300℃셋팅하고, 셋팅한 온도에 도달하면 인장힘을 와인더(winder)에 걸어주고 코터기를 예로써, 분당 10 센티미터의 속도로 가동시킨다.

한편, 상기와 같이 처리된 알루미늄 호일 위에 코팅하는 양극 코팅액의 제조 하는 단계를 이하설명한다.

양극 코팅액을 제조하기 위해서, 먼저 양극 활물질로는 LiNiO₂와, 전자전도 물질로서는 표면적이 큰 캣천블랙을 사용하였으며, 폴리바이닐리딘 플로라이드를 바인더로 사용하였다. 볼밀로서 LiNiO₂와 캣천블랙을 밀링한후, 바인더가 용해되어있는 엔엠피(NMP) 용액과 섞어 믹싱하여 균일한 용액이 되도록하고, 닥터블레이드 코더기 헤드와 맞을 정도의 점도가 되도록 용매인 엔엠피를 가감하면서 믹싱을 실시하여 양극 코팅액을 제조하였다.

그리고 코팅액을 상기와 같이 제조된 알루미늄 호일 상면에 코팅하여 집전판을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 집전판의 효과를 알라보기 위하여 하기와 같이 실험하였다.

본 발명에 의한 집전판과, 종래와 같이 열처리 하지 않은 알루미늄 호일 위에 상기 코팅액으로 코팅하여 제조한 종래의 양극 전극을 각각 준비하였다.

각각, 제조된 집전판을 10㎝ × 10㎝ 의 크기로 자른 후, 손수건식으로 두번 접은 후 다시 펴서 접혀진 부위의 상태를 관찰하는 손수건 시험을 실시하였다. 각각 30개의 샘플을 만들어 손수건 시험을 하였다. 그 결과 본 발명에 의한 집전판을 30개 준비하여 실험한 결과 30개중 25개가 합격 판정을 받았고, 종래의 열처리를 하지 않은 알루미늄 호일 위에 코팅한 전극은 30개중 12개만이 합격 판정을 받았다.

상기와 같이 실험을 통해 얻은 결과는 본 발명에 의한 집전판을 코팅에 의한 변수를 고려하더라도 2배 이상의 접착력 향상이 있음을 알수 있다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 의하면, 리튬 이온 전지 양극 집전파으로 사용되는 알루미늄 호일을 250∼300℃ 의 온도로 열처리하여 산화층 (1)과 알루미늄 금속층 (2) 경계 계면에 내부 응력이 집중되도록 한후 열처리하여 항복 강도의 1/3∼1/2 정도 인장힘을 가하면 계면에 축적되어 있는 에너지가 산화층에 미세 균열을 발생시켜 표면이 거칠어져 양극 코팅액과의 접착력이 획기적으로 향상되는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 리튬 이온 전지 양극 전극에 있어서, 상기 리튬 이온 전지 양극 집전판은 미

   세균열 산화층 (5) 을 갖는 알루미늄 호일을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지 양극 집전판.
2. 리튬 이온 전지 양극 집전판으로 사용되는 알루미늄 호일의 제조방법에 있어서,

   상기 리튬 이온 전지 양극 집전판으로 사용되는 알루미늄 호일의 열처리를 위해 호일 릴을 코터기에 건 후, 건조실의 온도를 250∼300℃ 로 셋팅한 후, 상기 건조실의 온도가 250∼300℃ 에 도달하면 인장힘을 와인더(winder) 에 걸어준 후, 코터기를 가동시켜 알루미늄 호일을 열처리 하는 동시에 항복 강도의 1/3∼1/2 정도 인장힘을 가하여 알루미늄 호일의 산화층 표면에 미세 균열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일의 제조 방법.

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