KR100578862B1 - 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법 - Google Patents

리튬 이온 전지용 극판 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100578862B1
KR100578862B1 KR1019980046150A KR19980046150A KR100578862B1 KR 100578862 B1 KR100578862 B1 KR 100578862B1 KR 1019980046150 A KR1019980046150 A KR 1019980046150A KR 19980046150 A KR19980046150 A KR 19980046150A KR 100578862 B1 KR100578862 B1 KR 100578862B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
slurry
solvent
lithium ion
current collector
Prior art date
Application number
KR1019980046150A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000028032A (ko
Inventor
조헌구
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1019980046150A priority Critical patent/KR100578862B1/ko
Publication of KR20000028032A publication Critical patent/KR20000028032A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100578862B1 publication Critical patent/KR100578862B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

바람직한 크기 및 분포의 기공을 가지는 리튬 이온 전지용 극판을 제조하기 위한 방법으로서, 활물질, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 결합제 및 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 등의 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 집전체에 도포한 후, -50℃ 내지 -10℃의 온도에서 10분 내지 1시간동안 유지시키면서 용매를 진공 휘발시킴으로써 극판을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

리튬 이온 전지용 극판 제조 방법
산업상 이용 분야
본 발명은 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람직한 크기 및 분포의 기공을 가지는 극판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 액체 전해질 전지, 고체 폴리머 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전해질 전지 등의 통상의 리튬 이온 전지에 사용되는 극판은 결합제를 용매에 용해시켜 제조한 용액에 활물질을 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 이를 집전체에 도포(casting)하고 건조시킴으로써 제조된다.
결합제를 용해시키기 위한 용매로는 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 등이 사용되며, 이들은 건조 공정시 휘발되어 극판으로부터 제거된다. 이때, 용매가 증발되면서 극판에 기공이 형성되는데 이 기공은 전해액의 함침 속도, 함침량, 및 충방전시의 이온전도도 등에 영향을 미치므로 전지의 성능을 좌우한다.
결합제를 위한 용매로서, N-메틸 피롤리돈과 같이 비등점이 높은 유기 용매를 사용하는 경우에는 상압 또는 감압하, 100℃ 이상의 고온에서 1시간 이상 유지시켜 극판을 건조시킨다. 이때, 유기 용매가 증발되면서 극판에 기공이 형성되는데 이 기공은 상대적으로 크기가 작고, 기공의 분포가 균일하지 않다는 문제점이 있다.
결합제를 위한 용매로서, 아세톤과 같이 비등점이 낮은 유기 용매를 사용하는 경우에는 특별히 고온을 사용하지 않더라도 유기 용매가 빠른 속도로 격렬히 휘발되므로 기공의 크기 및 분포를 제어하기가 어렵다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 바람직한 크기 및 분포의 기공을 형성시킬 수 있는 극판 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 기공의 크기 및 분포의 제어가 용이한 극판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 활물질, 결합제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정, 상기 슬러리를 집전체에 도포하는 공정, 및 상기 슬러리가 도포된 집전체를 동결 건조시키는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 활물질, 결합제, 가소제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정, 상기 슬러리를 집전체에 도포하고 라미네이션(lamination)하는 공정, 및 상기 라미네이션된 집전체를 동결 건조시키는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
상기 활물질로는 리튬 이온 전지용 음극 활물질, 리튬 이온 전지용 양극 활물질 모두 사용될 수 있다. 음극 활물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연계 탄소 섬유 등의 결정질계 탄소 활물질을 사용할 수 있으며, 고분자 수지를 탄화시켜 제조한 하드 카본, 석유계 핏치, 석탄계 핏치 등을 탄화시켜 제조한 소프트 카본 등의 비정질계 탄소 활물질을 사용할 수 있다. 양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2 등을 사용할 수 있다.
상기 결합제로는 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용할 수 있다.
상기 용매로는 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 등을 사용할 수 있다.
상기 활물질, 결합제 및 용매가 혼합된 슬러리를 구리 집전체, 알루미늄 집전체 등에 도포(casting)한다. 특히, 리튬 폴리머 전지를 제조할 경우에는 슬러리를 집전체에 도포한 후, 라미네이션(lamination) 공정을 더욱 실시한다.
이어서, 슬러리가 도포된 집전체를 동결 건조 공정으로 투입한다. 본 발명에서는 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 등의 용매를 휘발시키기 위해 저온 감압을 이용한 동결 건조를 실시함으로써 용매의 기화 속도를 조절하여 기공의 크기 및 분포를 조절한다.
상기 동결 건조 공정은 -50℃ 내지 -10℃의 온도에서 슬러리가 도포된 집전체를 10분 내지 1시간동안 유지시키면서 용매를 진공 휘발시키는 것이 바람직하다. 상기 온도 및 시간 범위를 벗어날 경우에는 바람직한 크기 및 분포의 기공을 제공하기가 어렵다.
본 발명에 따라 형성된 기공 중 미세 기공은 평균 직경이 100-500Å의 범위로서, 상대적으로 큰 사이즈이며, 극판 상에 균일하게 분포한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 극판은 바람직한 크기 및 균일한 분포의 공극을 가지므로 동결 건조시 기공과 기공사이에 존재하는 벽에 걸리는 스트레스(stress)가 적어서 극판의 균열이 감소하고, 그로 인해 충방전시 극판의 부피 변화에 보다 잘 견디게 된다.
본 기술 분야의 당업자는 공지된 전지 제조 방법에 따라, 상기한 방법으로 제조한 음극판, 양극판을 사용하여 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 액체 전해질 전지, 고체 폴리머 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지 등의 리튬 이온 전지를 용이하게 제조할 수 있을 것이다. 세퍼레이터로는 폴리프로필렌 계열의 다공성 고분자를 사용할 수 있으며, 전해질로는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO4, LiAsF6 등의 리튬염을 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디메톡시에탄, 테트라히드로퓨란 등 또는 이들의 혼합액에 용해한 것을 사용하거나, 고체 전해질로서 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머 매트릭스에 가소제로 상기 리튬염이 용해된 유기 용매를 가한 것을 사용할 수 있다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐리덴 플루오라이드 15g를 N-메틸 피롤리돈 200g에 용해시켜 결합제 용액을 제조하였다. 이 결합제 용액 215g에 인조 흑연 분말 100g과 카본 블랙 10g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 구리 집전체에 테이프 상으로 도포(casting)하였다. 활물질 슬러리가 도포된 집전체를 -50℃ 내지 -10℃의 챔버에서 30분동안 유지시키면서 N-메틸 피롤리돈을 진공 휘발시켜 극판을 제조하였다.
실시예 2
폴리비닐리덴 플루오라이드 15g를 아세톤 250g에 용해시켜 결합제 용액을 제조하였다. 이 결합제 용액 265g에 LiCoO2 분말 200g과 카본 블랙 30g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 알루미늄 집전체에 테이프 상으로 도포(casting)하였다. 활물질 슬러리가 도포된 집전체를 -50℃ 내지 -10℃의 챔버에서 30분동안 유지시키면서 아세톤을 진공 휘발시켜 극판을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서, 동결 건조 대신 상압하, 120℃에서 1시간 이상 유지시키면서 고온 건조를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 2
실시예 2에서, 동결 건조 대신 상압하에서 자연 건조를 실시한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 극판을 채용하는 리튬 이차 전지를 제조한 후, 그 특성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
상기 표 1의 결과에서 보이는 바와 같이, 실시예 1에 따른 극판이 비교예 1에 따른 극판에 비해 주입할 수 있는 전해액 량이 더 많고, 초기 방전 효율 및 고율 특성에 있어서도 우수함을 알 수 있다.
본 발명에 따라 제조한 극판은 상대적으로 기공의 크기가 크고, 분포가 균일하므로 전해액의 함침이 용이하며, 전지의 내부 저항이 감소되어 우수한 고율 충방전 특성을 나타낸다. 특히, 리튬 이온 폴리머 전지의 경우, 극판으로부터 가소제를 추출한 후 함침시키는 전해질의 양이 같더라도 본 발명에 따른 극판은 균일한 분포의 기공을 가지므로 전해액이 골고루 함침되어 이온전도도가 향상된다. 더욱이, 전해액의 고른 분포로 인해 연속적인 충방전시 전해액이 말라서 활성이 감소되는 부분이 적으므로 전지 수명이 향상된다.

Claims (3)

  1. 활물질, 결합제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정과;
    상기 슬러리를 집전체에 도포하는 공정; 및
    상기 슬러리가 도포된 집전체를 -50℃ 내지 -10℃의 온도에서 10분 내지 1시간동안 유지시키면서 용매를 진공 휘발시켜 동결 건조시키는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 활물질은 결정질계 탄소 활물질 또는 비정질계 탄소 활물질인 음극 활물질이거나 LiCoO2, LiMn2O4 및 LiNiO2로 이루어진 군에서 선택되는 양극 활물질이며, 상기 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드이며, 상기 용매는 N-메틸 피롤리돈 또는 아세톤인 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법.
  3. 활물질, 결합제, 가소제 및 용매를 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정과;
    상기 슬러리를 집전체에 도포하고 라미네이션(lamination)하는 공정; 및
    상기 라미네이션된 집전체를 -50℃ 내지 -10℃의 온도에서 10분 내지 1시간동안 유지시키면서 용매를 진공 휘발시켜 동결 건조시키는 공정을 포함하는 리튬 이온 전지용 극한 제조 방법.
KR1019980046150A 1998-10-30 1998-10-30 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법 KR100578862B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980046150A KR100578862B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980046150A KR100578862B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000028032A KR20000028032A (ko) 2000-05-15
KR100578862B1 true KR100578862B1 (ko) 2006-08-18

Family

ID=19556385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980046150A KR100578862B1 (ko) 1998-10-30 1998-10-30 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100578862B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100987376B1 (ko) 2003-08-27 2010-10-12 삼성에스디아이 주식회사 리튬전지용 결합제와 전극 및 이를 채용한 리튬전지
CN109873119B (zh) * 2017-12-01 2022-02-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于刮涂法制备电极的干燥方法及其电极和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5897263A (ja) * 1981-12-02 1983-06-09 Toshiba Battery Co Ltd アルカリマンガン電池の製造方法
EP0554649A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-11 Moli Energy Limited Hydrides of lithiated nickel dioxide and secondary cells prepared therefrom
US5264201A (en) * 1990-07-23 1993-11-23 Her Majesty The Queen In Right Of The Province Of British Columbia Lithiated nickel dioxide and secondary cells prepared therefrom
JPH0765824A (ja) * 1993-08-30 1995-03-10 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池用極板の製造方法
JPH07122262A (ja) * 1993-10-27 1995-05-12 Toray Ind Inc 電極およびその製造方法、およびそれを用いた二次電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5897263A (ja) * 1981-12-02 1983-06-09 Toshiba Battery Co Ltd アルカリマンガン電池の製造方法
US5264201A (en) * 1990-07-23 1993-11-23 Her Majesty The Queen In Right Of The Province Of British Columbia Lithiated nickel dioxide and secondary cells prepared therefrom
EP0554649A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-11 Moli Energy Limited Hydrides of lithiated nickel dioxide and secondary cells prepared therefrom
JPH0765824A (ja) * 1993-08-30 1995-03-10 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池用極板の製造方法
JPH07122262A (ja) * 1993-10-27 1995-05-12 Toray Ind Inc 電極およびその製造方法、およびそれを用いた二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000028032A (ko) 2000-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100759556B1 (ko) 음극 활물질, 그 제조 방법 및 이를 채용한 음극과 리튬전지
KR100362283B1 (ko) 리튬 2차 전지의 제조방법
KR100399785B1 (ko) 겔형 고분자 전해질을 포함하는 권취형 리튬 2차 전지용세퍼레이터 및 그 제조방법
KR101430616B1 (ko) 캐소드 및 이를 채용한 리튬 전지
KR100738057B1 (ko) 음극 전극 및 이를 채용한 리튬 전지
KR101460282B1 (ko) 리튬 전극 및 이를 사용하여 제조된 리튬금속 전지
JP2002530838A (ja) 改善された低温性能を有する電解質
US6949314B1 (en) Carbon-carbon composite anode for secondary non-aqueous electrochemical cells
KR100758383B1 (ko) 리튬/유황이차전지용 탄소 코팅 유황전극
CN112635917A (zh) 一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池
KR100318375B1 (ko) 리튬 이온 이차 전지
CN112117438A (zh) 一种负极片及其制备方法和固态电池
US20010016286A1 (en) Gel electrode secondary cell
KR100578862B1 (ko) 리튬 이온 전지용 극판 제조 방법
US6114062A (en) Electrode for lithium secondary battery and method for manufacturing electrode for lithium secondary battery
KR20190095060A (ko) 다공성 고분자 분리막의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 고분자 분리막
KR100326447B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 이용하여 제조된리튬 이차 전지
US20040048165A1 (en) Electrolyte for a secondary cell
CN111952540A (zh) 无锂正极锂电池系统及电极原位氮化锂薄膜制备方法
JP2000323126A (ja) 非水電解質二次電池およびその充電方法。
JP2001093513A (ja) 電池の電極を製造する方法
KR100325877B1 (ko) 겔 형 고분자 전해질을 포함하는 리튬 2차 전지
KR20030047040A (ko) 리튬 전지
CN116111088A (zh) 复合负极片及其制备方法和应用、全固态电池
KR20230000124A (ko) 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130422

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140423

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150421

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee