KR101058443B1 - 2차 전지 전극용 잉크, 리튬 이온 전지 및 전자 기기 - Google Patents

2차 전지 전극용 잉크, 리튬 이온 전지 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액적 토출법에서 사용되는 액적 토출 헤드에 대해서, 특히 그 수지 부분이 되는 에폭시계 접착제에 대해서 초래하는 손상이 적고, 따라서 토출 안정성이 우수하며, 또한 액적 토출 헤드의 단수명화도 억제할 수 있는 2차 전지 전극용 잉크와, 이것을 사용하여 얻어진 리튬 이온 전지, 전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
활물질(活物質)을 포함하는 전극층을, 액적 토출 방식으로 제조할 때에 사용되는 2차 전지 전극용 잉크이다. 정극(正極) 활물질 또는 부극(負極) 활물질과, 활물질을 용해 및/또는 분산시키는 액상 매체를 포함한다. 액상 매체는, 밀봉된 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치(靜置)했을 때의, 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율을 130%이하로 하는 것이다.
리튬 이온 전지, 세퍼레이터, 집전층, 전극층

Description

2차 전지 전극용 잉크, 리튬 이온 전지 및 전자 기기{SECONDARY BATTERY ELECTRODE INK, LITHIUM-ION BATTERY, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, 2차 전지 전극용 잉크, 리튬 이온 전지, 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래, 반복 충방전이 가능한 2차 전지로서는, 주로 납전지가 사용되어 왔지만, 그 후, 니카드 전지나 니켈 수소 전지가 제공되어, 각종 용도로 사용되도록 되고 있다. 그러나, 니카드 전지나 니켈 수소 전지에는 메모리 효과에 관한 실용상의 문제가 있고, 그 때문에 최근에는, 메모리 효과의 문제가 없는 리튬 이온 전지가 주류로 되어 오고 있다.
리튬 이온 전지는, 시트 형상으로 형성된 정극재(正極材; 정전극) 및 부극재(負極材; 부전극)와, 이들 사이에 설치된 다공성 세퍼레이터의 3층 구조로 이루어지고, 또한, 이 3층 구조에 전해액을 함침(含浸)시켜서, 금속캔 케이스로 밀폐한 구조로 되어 있다. 정극재, 부극재는, 모두 집전층과 그 집전층 위에 설치된 활물질(活物質)을 포함하는 전극층을 갖는 전극이다.
이러한 정극재나 부극재를 형성하는 경우, 종래에는, 우선, 활물질을 포함하는 전극층의 형성 재료를 액상 매체에 용해 또는 분산시켜서 슬러리화한다. 이어서, 이와 같이 조제된 슬러리를 롤 코터로 집전층 위에 도포한다. 그 후, 도포한 슬러리를 건조하여 액상 매체를 제거하고, 또한 경화시킴으로써 전극층을 형성하여, 정극재(정전극)나 부극재(부전극)를 얻고 있다.
그런데, 이러한 전극의 형성 방법에 있어서는, 특히 롤 코터에 의한 도포로는 도포 두께를 충분히 얇게 할 수 없고, 따라서 얻어지는 전극층의 내부 저항을 충분히 낮게 할 수 없었다. 이러한 배경하에 종래에는, 롤 코터법 대신에 잉크젯법(액적 토출법)으로 전극층을 형성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3 참조).
이와 같이 잉크젯법(액적 토출법)으로 전극층을 형성하면, 도포 두께를 얇게 할 수 있고, 따라서 얻어지는 전극층의 두께를 얇게 하여, 내부 저항을 충분히 낮게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전극층의 패터닝이 용이하게 되고, 이것에 의해 충방전의 특성 제어도 가능하게 된다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2005-11656호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2005-11657호 공보
[특허문헌 3] 일본국 특허공개 2006-172821호 공보
그런데, 상기의 잉크젯법에 의한 전극층의 형성에서는, 실제로 사용하는 잉크 조성에서는 잉크를 토출하는 액적 토출 헤드의 수지 부분이 용매(액상 매체)에 용해되어 버린다는 결함이 있는 것이, 특허문헌 1이나 특허문헌 3에 기재되어 있다. 즉, 용매로서 예로 든 NMP나 아세토니트릴은, 극성이 매우 강하기 때문에 각종 금속 산화물이나 도전제, 분산 수지, 바인더, 중합 개시제 등 복수의 성분으로 구성되어 있는 전극층의 형성 재료를 매우 잘 분산시키는 반면, 액적 토출 헤드의 부재의 접착용으로 사용되고 있는 수지 부분에 큰 손상을 주게 되는 것이다. 구체적으로는, 이러한 용제에 의해 손상을 받은 접착 부분은 접착층이 용출되거나 접착 능력이 현저하게 저하됨으로써 제조시에 보증되어 있던 헤드로서의 기계적 강도나 정밀도를 확보할 수 없게 되어 버린다. 결과적으로, 잉크젯 헤드로부터 토출되는 잉크 액적의 스피드나 토출되는 위치가 흩어져 버리기 때문에, 목적하는 위치에 잉크 액적을 배치할 수 없게 되어버린다. 더하여, 장시간 액적을 토출하지 않고 잉크를 헤드 내에 체류시킨 채로 있던 경우에는, 헤드 내부의 수지 부재로부터 수지에 포함되어 있는 극성 성분의 용출이 일어나 버리기 때문에, 잉크의 토출을 재개했을 때에 형성된 전극에 불순물이 혼입되어 제품 편차를 야기하는 원인이 된다.
그러나, 상기의 특허문헌 1∼3에서는, 이러한 결함을 개선하기 위한 잉크 조성으로서의 구체적인 제안이 이루어져 있지 않다. 따라서, 잉크젯법(액적 토출법)에 의해 전극층을 형성하기 위해서는, 사용하는 잉크의 조성에 대해서 충분한 검토가 불가결하고, 특히 사용하는 용매(액상 매체)의 선정이 매우 중요하게 되어 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 잉크젯법으로 대표되는 액적 토출법에서 사용되는 액적 토출 헤드에 대해서, 특히 그 접착을 담당하는 수지 부분이 되는 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적고, 따라서 토출 안정성이 우수하며, 또한 액적 토출 헤드의 단수명화도 억제할 수 있는 2차 전지 전극용 잉크와, 이것을 이용하여 얻어진 리튬 이온 전지, 전자 기기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 2차 전지 전극용 잉크는, 집전층과 그 집전층 위에 설치된 활물질(活物質)을 포함하는 전극층을 갖는 전극을, 액적 토출 방식으로 제조할 때에 사용되는 잉크로서,
Li-Mn계 금속 산화물, Li-Ni계 금속 산화물, Li-Co계 금속 산화물, Li-Fe계 금속 산화물 또는 이들 산화물의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 정(正)극 활물질로 이루어지는 활물질과, 상기 활물질을 용해 및/또는 분산하는 액상 매체를 포함하고,
상기 액상 매체는, 밀봉된 그 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치(靜置)했을 때의, 상기 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율을 130%이하로 하는 것인 것을 특징으로 하고 있다.
이 2차 전지 전극용 잉크에 의하면, 이것을 이용하여 전극층을 형성했을 때, 액상 매체가 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적기 때문에, 에폭시계 접착제를 사용한 액적 토출 헤드에 의한 토출 안정성이 우수한 것이 된다. 또한, 액적 토출 헤드에 큰 손상을 주게 되는 것에 의한 액적 토출 헤드의 단수명화를 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 2차 전지 전극용 잉크는, 집전층과 그 집전층 위에 설치된 활물질을 포함하는 전극층을 갖는 전극을, 액적 토출 방식으로 제조할 때에 사용되는 잉크로서,
흑연, 이(易)흑연화탄소, 난(難)흑연화탄소, Li-Ti계 금속 산화물, Li-Sn계 금속 산화물, Li-Si계 금속 산화물 또는 이들 재료의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 부(負)극 활물질로 이루어지는 활물질과, 상기 활물질을 용해 및/또는 분산하는 액상 매체를 포함하고,
상기 액상 매체는, 밀봉된 그 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치했을 때의, 상기 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율을 130%이하로 하는 것인 것을 특징으로 하고 있다.
이 2차 전지 전극용 잉크에 의하면, 이것을 이용하여 전극층을 형성했을 때, 액상 매체가 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적기 때문에, 에폭시계 접착제를 사용한 액적 토출 헤드에 의한 토출 안정성이 우수한 것이 된다. 또한, 액적 토출 헤드에 큰 손상을 주게 되는 것에 의한 액적 토출 헤드의 단수명화를 억제할 수 있다.
또한, 상기 2차 전지 전극용 잉크에서는, 이 2차 전지 전극용 잉크의 액상 매체가, 노즐 플레이트가 상기 에폭시계 접착제로 접합된 액적 토출 헤드로부터 토출됨으로써, 전극의 제조에 사용되는 것인 것이 바람직하다.
액상 매체가 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적기 때문에, 액적 토출 헤드에 대해서 노즐 플레이트가 양호하게 접합한 상태로 유지되고, 따라서 에폭시계 접착제의 손상에 기인하는 잉크의 토출 안정성 저하나, 액적 토출 헤드 그 자체의 단수명화가 억제된다.
또한, 상기 2차 전지 전극용 잉크에서는, 상기 에폭시계 접착제가, 에폭시계 수지와 지방족 폴리아민을 포함하는 것이라도 좋다.
이러한 에폭시계 접착제는, 액적 토출 헤드의 노즐 플레이트와 헤드 본체를 강고하게 접착하여 고정할 수 있다. 그리고, 이 액적 토출 헤드에 의한 액적 토출시에, 액적 토출 헤드가 바람직하지 않은 진동을 해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수도 있다.
또한, 상기 2차 전지 전극용 잉크에서는, 상기 액상 매체의 대기압하에서의 비점은, 180∼300℃인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 2차 전지 전극용 잉크를 토출하는 액적 토출 헤드에서의 막힘 등이 효과적으로 방지되어, 2차 전지 전극의 생산성이 향상한다.
또한, 상기 2차 전지 전극용 잉크에서는, 상기 액상 매체의 25℃에서의 증기압이, 0.1mmHg 이하인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 2차 전지 전극용 잉크를 토출하는 액적 토출 헤드에서의 막힘 등이 효과적으로 방지되어, 2차 전지 전극의 생산성이 향상한다.
또한, 상기 2차 전지 전극용 잉크에서는, 상기 액상 매체가, 디메틸 이미다졸리디논, 디메틸 포름아미드, 디메틸 아세토아미드, N-에틸 피롤리디논, N-프로필 피롤리디논, N-부틸 피롤리디논, N-펜틸 피롤리디논, 디메틸-N, N’-디메틸 프로필 우레아, γ-부티로락톤, γ-노나락톤, 탄산 프로필렌, 벤조산 메틸, 벤조산 에틸, 벤조산 프로필, 벤조산 부틸, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 액상 매체가 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 보다 적어지고, 따라서 에폭시계 접착제의 손상에 기인하는 잉크의 토출 안정성 저하나, 액적 토출 헤드 그 자체의 단수명화가 보다 억제된다.
본 발명의 리튬 이온 전지는, 상기의 2차 전지 전극용 잉크를 사용하여 제조된 2차 전지용 전극을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이 리튬 이온 전지에 의하면, 액적 토출 헤드에 큰 손상을 주지 않고 제조된 것이 되므로, 생산성이 양호해지고, 또한, 전극층의 두께가 얇아짐으로써 전극의 내부 저항이 충분히 낮아지고, 또한, 전극층의 패터닝이 용이해져 충방전의 특성 제어도 가능한 것이 된다.
본 발명의 전자 기기는, 상기의 리튬 이온 전지를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이 전자 기기에 의하면, 상기한 바와 같이 우수한 특성의 리튬 이온 전지를 구비하고 있으므로, 이 전자 기기 자체도 양호한 것이 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 따라서 상세하게 설명한다.
본 발명의 2차 전지 전극용 잉크는, 리튬 이온 전지(리튬 이온 2차 전지)에서의 2차 전지용 전극의 제조에 사용되는 잉크이며, 특히, 액적 토출법의 대표적인 방식인 잉크젯 방식에 의한, 2차 전지용 전극의 제조에 사용되는 것이다. 이 2차 전지 전극용 잉크는, 집전층 위에 설치되는 전극층을 형성하기 위한 것으로, 정극(정전극)용의 잉크(이하, 정극용 잉크라고 기재함)와, 부극(부전극)용의 잉크(이하, 부극용 잉크라고 기재함)가 있다.
정극용 잉크는, Li-Mn계 금속 산화물, Li-Ni계 금속 산화물, Li-Co계 금속 산화물, Li-Fe계 금속 산화물, 또는 이들 산화물의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 정극 활물질(활물질)과, 아세틸렌 블랙, 켓젠(ketjen) 블랙이나 그라파이트 등의 탄소 재료계 도전제와, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 불소 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔모노머 3원 공중합(EPDM) 등의 바인더(분산 수지)를 고형분으로 하는 것이다. 또한, 고형분에는, 필요에 따라 고분자 전해질 원료나 리튬염, 중합 개시제 등이 적절히 선택되어, 첨가된다. 그리고, 이러한 고형분을 액상 매체로 용해 및/또는 분산하고, 조제한 슬러리에 의해, 정극용 잉크가 형성된다.
부극용 잉크는, 흑연, 이흑연화탄소, 난흑연화탄소, Li-Ti계 금속 산화물, Li-Sn계 금속 산화물, Li-Si계 금속 산화물, 또는 이들 재료의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 부극 활물질(활물질)과, 아세틸렌 블랙, 켓젠 블랙이나 그라파이트 등의 탄소 재료계 도전제와, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 스티렌-부타디엔 고무(SBR 라텍스) 등의 바인더(분산 수지)를 고형분으로 하는 것이다. 또한, 고형분에는, 필요에 따라 고분자 전해질 원료나 리튬염, 중합 개시제 등이 적절히 선택되어, 첨가된다. 또한, 바인더의 일부로서 PI(폴리이미드)가 첨가되는 경우도 있다. 그리고, 이러한 고형분을 액상 매체로 용해 및/또는 분산하여, 조제한 슬러리에 의해, 부극용 잉크가 형성된다.
또한, 상기의 바인더로서의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)는, 카본 재료나 금속 집전체(Cu박)에 대해서 결착 작용이 있고, 따라서 후술하는 실험예에서는 결착제로 하고 있다.
이러한 잉크에 사용되는 액상 매체로서는, 상기의 고형분을 용해 및/또는 분산시키는 기능을 갖는 것이다. 즉, 액상 매체는, 용매 및/또는 분산매로서 기능하는 것이다. 그리고, 이러한 액상 매체는, 통상은 전극층을 제조하는 과정에서, 그 대부분이 기화함으로써 제거되게 되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 액성 용매로서는 이하의 조건을 만족하는 것이 사용된다.
즉, 밀봉된 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 침지(浸漬)하여 10일간 정치(靜置)했을 때의, 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율(팽윤율)을 130%이하로 하는 것이 사용된다. 여기서, 중량 증가율이란, 액상 매체 중에 침지되기 전의 중량(w1)에 대해서 증가한 중량(w2)의 비율(백분율), 즉 이하의 (식)으로 표시되는 값이다.
(식) 중량 증가율=(w2/w1)×100 [%]
또한, 이러한 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율의 측정에 대해서는, 예를 들면, 직경 6mm×두께 2mm의 원반 형상의 시험편을 이용하여 행할 수 있다.
사용하는 액상 매체가 이러한 조건을 만족함으로써, 상기의 2차 전지 전극용 잉크는, 액상 매체가 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적어지기 때문에, 에폭시계 접착제를 사용한 액적 토출 헤드에 의한 토출 안정성이 우수한 것이 된다. 즉, 에폭시계 접착제는 액상 매체에 의해 팽윤되고, 이 팽윤에 의한 손상에 의해 그 접착력이 저하되지만, 이 접착력 저하에 기인하는 액적 토출 헤드의 특성 저하가, 토출 안정성에 거의 영향이 없고, 따라서 허용되는 범위 내가 되기 때문이다.
따라서, 수 개월에 걸쳐 장기간 액적 토출을 행해도, 액적의 토출량 등의 조건을 안정화시킬 수 있고, 이에 따라 장기에 걸쳐서 안정된 품질의 2차 전지용 전극을 제조할 수 있다. 또한, 액적 토출 헤드에 큰 손상을 주어 이것을 열화시켜 버리는 것에 의한 액적 토출 헤드의 단수명화를 억제하여, 액적 토출 헤드의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 이와 같이 액적 토출 헤드를 장수명화하여, 액적 토출 헤드의 교환, 수리 등의 메인터넌스의 빈도를 낮게 할 수 있으므로, 2차 전지용 전극의 생산성을 향상할 수 있다.
즉, 액적 토출 헤드의 내구성과 상기의 중량 증가율의 상관을 취한 바, 130%이하에서는 액적 토출 헤드의 내구성이 요구되는 내구성, 예를 들면, 1.5개월 정도의 연속 사용이 가능해졌다. 따라서, 상기한 바와 같이 장기에 걸친 토출 안정성이나, 액적 토출 헤드의 장수명화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 한편, 에폭시계 접착제의 중량 증가율이 130%를 초과하는 액상 매체를 사용한 경우, 잉크젯 방식을 사용한 2차 전지용 전극의 제조에 있어서, 장기간 액적 토출을 행하면, 액적의 토출성이 불안정해져, 형성되는 전극층의 두께 불균일을 억제하는 것이 곤란하게 되어 버린다.
이러한 중량 증가율이 130%이하로 하는 조건을 만족시키기 위해서 선택할 수 있는 액상 매체로서는, 예를 들면, 디메틸 이미다졸리디논, 디메틸 포름아미드, 디메틸 아세토아미드, N-에틸 피롤리디논, N-프로필 피롤리디논, N-부틸 피롤리디논, N-펜틸 피롤리디논, 디메틸-N, N’-디메틸 프로필 우레아, γ-부티로락톤, γ-노나락톤, 탄산 프로필렌, 벤조산 메틸, 벤조산 에틸, 벤조산 프로필, 벤조산 부틸, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르 등을 들 수 있고, 따라서 본 발명의 잉크에서는, 이들로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 적합하게 사용된다.
또한, 이러한 액상 매체의 대기압(1기압)하에서의 비점은, 180∼300℃인 것이 바람직하고, 190∼280℃인 것이 보다 바람직하고, 200∼265℃인 것이 더 바람직하다. 액상 매체의 대기압하에서의 비점이 상기 범위 내의 값이면, 2차 전지 전극용 잉크를 토출하는 액적 토출 헤드에서의 막힘 등이 효과적으로 방지되어, 2차 전지 전극의 생산성이 향상한다.
또한, 이러한 액상 매체의 25℃에서의 증기압은, 0.1mmHg 이하인 것이 바람직하고, 0.05mmHg 이하인 것이 보다 바람직하다. 액상 매체의 증기압이 상기 범위 내의 값이면, 2차 전지 전극용 잉크를 토출하는 액적 토출 헤드에서의 막힘 등이 효과적으로 방지되어, 2차 전지 전극의 생산성이 향상한다.
또한, 2차 전지 전극용 잉크 중에서의 액상 매체의 함유율은, 70∼98wt%인 것이 바람직하고, 80∼95wt%인 것이 보다 바람직하다. 액상 매체의 함유율이 상기 범위 내의 값이면, 잉크 점도가 예를 들면, 6∼10mPas 정도가 되고, 액적 토출 헤드로부터의 토출성이 특히 양호해지는 동시에, 잉크 중의 고형분의 양도 충분히 확보할 수 있기 때문이다.
또한, 상기의 중량 증가율의 측정에 사용하는 에폭시계 접착제로서는, 에폭시계 수지와 지방족 폴리아민을 포함하는 것인 것이 바람직하다. 이 에폭시계 접착제는, 후술하는 바와 같은 액적 토출 헤드의 노즐 플레이트와 헤드 본체를 강고하게 접착하여 고정할 수 있다. 그리고, 그 액적 토출시에, 액적 토출 헤드가 바람직하지 않은 진동을 해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수도 있다. 그런데, 이러한 에폭시계 접착제의 경화물은, NMP나 아세토니트릴 등의 액상 매체(용제)를 사용한 잉크에 의해 손상되기 쉽고, 그 때문에 상기와 같은 에폭시계 접착제를 사용한 액적 토출 헤드는, 장기에 걸쳐서 토출 안정성을 유지하는 것이 곤란했다.
이에 대해서 본 발명에서 사용되는 액상 매체는, 상기와 같은 에폭시계 접착제의 경화물도 손상되기 어렵기 때문에, 보다 장기간에 걸쳐 잉크의 토출 안정성을 유지할 수 있고, 또한, 액적 토출 헤드 그 자체의 장수명화를 도모할 수도 있다.
다음에, 이러한 2차 전지 전극용 잉크를 사용하여 제조되는 리튬 이온 전지의 일례에 관하여 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 일례의 요부를 나타낸 설명도이며, 도 1 중 부호 1은 리튬 이온 전지이다. 이 리튬 이온 전지(1)는, 시트 형상의 정극(정전극)(2)과, 시트 형상의 부극(부전극)(3)과, 이들 사이에 설치된 다공성의 세퍼레이터(4)로 이루어지는 3층 구조를 다수 구비하고, 또한 이들 3층 구조에 전해액을 함침시킨 상태에서, 금속캔 케이스(5)로 밀폐한 구조로 되어 있다.
정극(2)은, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 직사각형 시트 형상의 집전층(집전체)(6)의 표리면에, 각각 전극층(7)을 형성한 것이다. 마찬가지로 부극(3)도, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 직사각형 시트 형상의 집전층(집전체)(8)의 표리면에, 각각 전극층(9)을 형성한 것이다. 정극(2)의 전극층(7)은 상기한 정극용 잉크에 의해 형성된 것으로, 정극 활물질이 포함된 것이다. 마찬가지로, 부극(3)의 전극층(9)은 상기한 부극용 잉크에 의해 형성된 것으로, 부극 활물질이 포함된 것이다.
세퍼레이터(4)는, 고분자 다공성 필름으로 이루어져 있다. 또한, 정극(2)에서의 집전층(6)은 알루미늄박으로 이루어져 있고, 부극(3)에서의 집전층(8)은 구리박으로 이루어져 있다. 또한, 금속캔 케이스(5)는, 스틸제 또는 알루미늄제로 되어 있다. 그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이 리튬 이온 전지(1)에는 단자(10)가 설치되어 있다. 이 단자(10)는, 금속캔 케이스(5)가 스틸제의 경우에는 정극 단자로 되어 있고, 금속캔 케이스(5)가 알루미늄제의 경우에는 부극 단자로 되어 있다. 또한, 단자(10)가 정극 단자가 되는 경우에는, 금속캔 케이스(5) 자체가 부극 단자가 되고, 단자(10)가 부극 단자가 되는 경우에는, 금속캔 케이스(5) 자체가 정극 단자가 된다. 또한, 상기 전해액으로서는, 리튬염을 용해한 유기 용매가 사용된다.
다음에, 이러한 구성으로 이루어지는 리튬 이온 전지의 제조 방법에서, 특히 정극(2)이나 부극(3)이 되는 전극의 형성 방법에 관하여 설명한다.
정극(2)이나 부극(3)이 되는 전극에 대해서는, 본 발명에서는, 상기의 정극용 잉크, 부극용 잉크를 사용하여 액적 토출법(액적 토출 방식)으로 형성한다. 그래서, 우선, 액적 토출법(잉크젯법)에 관하여 도 3, 도 4를 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 도 3은 액적 토출 장치를 나타낸 사시도, 도 4는 도 3에 나타낸 액적 토출 장치에서의 액적 토출 헤드를 나타낸 도면으로, (a)는 단면 사시도, (b)는 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 액적 토출 장치(100)는, 2차 전지 전극용 잉크(정극용 잉크 또는 부극용 잉크)(I)를 유지하는 탱크(101)와, 튜브(110)와, 튜브(110)를 통해서 탱크(101)로부터 2차 전지 전극용 잉크(I)가 공급되는 토출 주사부(102)를 구비하여 구성된 것이다. 토출 주사부(102)는, 도시하지 않은 복수의 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)를 캐리지(도시 생략)에 탑재하여 이루어지는 액적 토출 수단(103)과, 액적 토출 수단(103)의 위치를 제어하는 제 1 위치 제어 장치(104)(이동 수단)와, 기판(W)을 유지하는 스테이지(106)와, 스테이지(106)의 위치를 제어하는 제 2 위치 제어 장치(108)(이동 수단)와, 제어 수단(112)을 구비하여 구성된 것이다. 여기서, 기판(W)은 상기한 집전층(6) 또는 집전층(8)이다.
탱크(101)와, 액적 토출 수단(103)에서의 복수의 액적 토출 헤드는, 튜브(110)로 연결되어 있어, 탱크(101)로부터 복수의 액적 토출 헤드의 각각에, 2차 전지 전극용 잉크(I)가 공급되도록 되어 있다.
제 1 위치 제어 장치(104)는, 제어 수단(112)으로부터의 신호에 따라, 액적 토출 수단(103)을 X축 방향, 및 X축 방향에 직교하는 Z축 방향을 따라 이동시키는 것이다. 또한, 제 1 위치 제어 장치(104)는, Z축에 평행한 축의 둘레로 액적 토출 수단(103)을 회전시키는 기능도 갖고 있다. 본 실시예에서는, Z축 방향을 연직 방향으로 하고 있다. 제 2 위치 제어 장치(108)는, 제어 수단(112)으로부터의 신호에 따라, X축 방향 및 Z축 방향의 쌍방에 직교하는 Y축 방향을 따라 스테이지(106)를 이동시키는 것이다. 또한, 제 2 위치 제어 장치(108)는, Z축에 평행한 축의 둘레로 스테이지(106)를 회전시키는 기능도 갖고 있다.
스테이지(106)는, X축 방향과 Y축 방향의 쌍방에 평행한 평면을 가진 것이다. 또한, 스테이지(106)는, 2차 전지 전극용 잉크(I)를 토출하는 기판(W)을, 그 평면 위에 고정, 또는 유지할 수 있도록 구성되어 있다.
액적 토출 수단(103)은, 상술한 바와 같이 제 1 위치 제어 장치(104)에 의해 X축 방향으로 이동된다. 한편, 스테이지(106)는, 제 2 위치 제어 장치(108)에 의해 Y축 방향으로 이동된다. 즉, 제 1 위치 제어 장치(104) 및 제 2 위치 제어 장치(108)에 의해, 스테이지(106)에 대한 액적 토출 헤드의 상대 위치가 변화되도록(스테이지(106)에 유지된 기판(W)과, 액적 토출 수단(103)이 상대적으로 이동함) 되어 있는 것이다.
제어 수단(112)은, 2차 전지 전극용 잉크(I)를 토출해야 할 상대 위치를 나타내는 토출 데이터를 외부 정보 처리 장치로부터 받아들이고, 또한 이 토출 데이터에 의거하여, 액적 토출 수단(103)이나 제 1 위치 제어 장치(104), 제 2 위치 제어 장치(108)를 제어하는 것이다.
액적 토출 수단(103)은, 도 4의 (a) (b)에 나타낸 액적 토출 헤드(잉크젯 헤드)(114)를 복수 가지며, 또한 이들 액적 토출 헤드(114)를 유지하는 캐리지를 갖고 이루어지는 것이다.
액적 토출 헤드(114)는, 진동판(126)과, 노즐 플레이트(128)를 구비하여 구성된 것이다. 진동판(126)과 노즐 플레이트(128) 사이에는, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 탱크(101)로부터 구멍(131)을 통해서 공급되는 2차 전지 전극용 잉크(I)가 항상 충전되는 액체 저장소(129)가 형성되어 있다.
또한, 진동판(126)과 노즐 플레이트(128) 사이에는, 복수의 격벽(122)이 설치되어 있고, 이들 격벽(122)의 한 쌍과 진동판(126), 노즐 플레이트(128)에 의해 둘러싸인 공간부는, 캐비티(120)로 되어 있다. 여기서, 이러한 캐비티(120)를 포함하는 격벽(122) 및 진동판(126)측이, 상기한 헤드 본체로 되어 있다.
캐비티(120)에는, 하나의 노즐(118)이 상기 노즐 플레이트(128)에 형성되어 있고, 따라서 캐비티(120)의 수와 노즐(118)의 수는 동일하게 되어 있다. 또한, 캐비티(120)에는, 한 쌍의 격벽(122) 사이에 위치하는 공급구(130)를 통하여, 액체 저장소(129)로부터 2차 전지 전극용 잉크(I)가 공급되도록 되어 있다.
진동판(126) 위에는, 각각의 캐비티(120)에 대응하여 진동자(124)가 배열 설치되어 있다. 진동자(124)는, 피에조 소자(압전 소자)로 이루어지는 것으로, 압전 체막(124C)과, 이 압전체막(124C)을 사이에 끼우는 한 쌍의 전극(124A, 124B)을 갖고 이루어지는 것이다. 이 한 쌍의 전극(124A, 124B) 사이에 구동 전압을 부여함으로써, 대응하는 캐비티(120)에 설치된 노즐(118)로부터, 2차 전지 전극용 잉 크(I)가 토출되도록 되어 있다. 또한, 노즐(118)로부터 Z축 방향으로 2차 전지 전극용 잉크(I)가 토출되도록, 노즐(118)의 방향이나 형상이 조정되어 있다.
그런데, 이러한 구성의 액적 토출 헤드(114)에는, 통상, 부재의 결합 개소에 접착제가 사용되고 있다. 예를 들면, 액적 토출 헤드의 내구성을 크게 좌우하는 노즐 플레이트(128)와 격벽(122)의 접합이나, 진동판(126)과 격벽(122)의 접합 등에, 접착제가 사용되고 있다. 이 때문에, 2차 전지 전극용 잉크(I)의 액적을 반복하여 토출하면, 액적 토출 헤드(114) 내(캐비티(120) 내)에 2차 전지 전극용 잉크(I)가 계속해서 공급되게 되고, 또한, 액적 토출에 따르는 진동 에너지 등이 접착제에 의한 접합부에 가해지게 된다.
여기서, 2차 전지용 전극의 제조에 사용되는 산업용의 액적 토출 장치는, 민간용의 프린터에 적용되는 것과는 전혀 다른 것이며, 예를 들면, 대량 생산을 행하기 위해서, 대량의 액적을 장시간에 걸쳐서 토출하는 것이 요청된다. 또한, 이러한 산업용의 액적 토출 장치에서 사용되는 잉크는, 민간용의 프린터에서 사용되는 잉크에 비교해서 일반적으로 점도가 높고, 비중도 큰 것이 된다. 그 때문에, 액적 토출 헤드에 걸리는 부하는, 민간용의 프린터에 비교해서 매우 커지고 있다.
이러한 가혹한 조건에서 사용되기 때문에, 종래에서는, 상기한 특허문헌 1, 3 등에 기재된 바와 같이 2차 전지 전극용 잉크에 의해, 접착제가 팽윤되거나, 접착제에 의한 접착이 불충분해짐으로써, 액적의 토출량이 불안정화되거나, 토출 그 자체를 행할 수 없게 되는 등의 문제를 발생하고 있었다. 또한, 일반적으로 제조에 관계되는 장치는, 일정한 간격으로 흡인 공정 등을 포함하는 클리닝 작업을 행 하는데, 이 때 노즐 플레이트(128)나 진동판(126)의 접착 강도가 저하되고 있으면, 흡인에 의한 압력 변화에 견딜 수 없어 변형이나 휨 등의 구조적인 결함이 생기게 된다. 그 결과, 일부의 노즐에서 액적의 토출이 불안정하게 되어버려, 노즐간에서 토출성에 차이가 생기게 된다.
이러한 문제를 발생하면, 본래 원하는 두께로 균일하게 형성하고 싶은 전극층에 막두께 불균일이 생겨버려, 얻어지는 전극은 그 특성이 불안정하게 되어 버린다. 또한, 형성하는 전극간에서도 편차가 생겨 얻어지는 리튬 이온 전지간에서 성능에 편차가 생기게 된다. 이에 대해서, 본 발명에서는, 2차 전지 전극용 잉크로서, 상술한 바와 같은 조건을 만족하는 것을 사용하기 때문에, 장기간 액적 토출을 행한 경우라도, 상기와 같은 문제의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
액적 토출 헤드(114)는, 특별히 한정되지 않지만, 노즐 플레이트(128)가 내약품성이 우수한 에폭시계 접착제에 의해 격벽(122)에 접합되어 접착되어 있는 것, 즉 노즐 플레이트(128)가 헤드 본체에 접착된 것이 적합하게 사용된다. 이러한 액적 토출 헤드(114)에 대해서, 본 발명의 2차 전지 전극용 잉크는 상기의 에폭시계 접착제에 대해서 주는 손상이 적기 때문에, 이 액적 토출 헤드(114)에 의한 토출 안정성을 양호하게 유지시킬 수 있고, 또한, 액적 토출 헤드(114)에 큰 손상을 주게 되는 것에 의한 액적 토출 헤드(114)의 단수명화를 억제할 수 있다.
또한, 액적 토출 헤드(114)에 사용되고 있는 에폭시계 접착제는, 에폭시계 수지와 지방족 폴리아민을 포함하는 것인 것이 바람직하다. 이러한 에폭시계 접착제가 사용된 액적 토출 헤드는, 잉크 중에 포함되는 일반적인 용제에 대한 내성이 있고, 또한, 금속이나 실리콘 등의 헤드를 구성하는 부재의 접합을 강고하게 유지하기 때문에, 액적 토출시에, 액적 토출 헤드가 바람직하지 않은 진동을 해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 그런데, 이러한 에폭시계 접착제의 경화물은, 액상 매체로서 매우 극성이 높은 NMP나 아세토니트릴이 사용된 종래의 2차 전지 전극용 잉크에 의해 용이하게 손상되고, 팽윤되어 버리는 등 큰 손상을 받기 쉬운 것이었다. 이 때문에, 종래의 2차 전지 전극용 잉크를 사용한 경우, 상기와 같은 에폭시계 접착제를 사용한 액적 토출 헤드는, 장기에 걸쳐서 기계적인 강도를 유지할 수 없기 때문에 토출 안정성을 유지하는 것이 곤란했다.
이에 대해서 본 발명에서 사용되는 액상 매체는, 상기와 같은 에폭시계 접착제의 경화물도 손상되기 어렵기 때문에, 보다 장기간에 걸쳐 잉크의 토출 안정성을 유지할 수 있고, 또한, 액적 토출 헤드 그 자체의 장수명화를 도모할 수도 있다. 더하여, 에폭시 접착제로부터의 성분의 용출도 적어, 제품에의 불순물 혼입을 억제하는 효과가 있다.
또한, 액적 토출 헤드(114)에 사용되는 에폭시계 접착제로서는, 예를 들면, AE-40(아지노모토 파인테크노사제), 931-1(에이블스틱사제), 록타이트 3609(헨켈 재팬사제), 스콧치 웰드 EW2010(3M사제) 등을 들 수 있다.
이러한 구성의 액적 토출 장치(100)를 사용하여, 상기의 리튬 이온 전지(1)에서의 정극(2)이나 부극(3)을 형성하기 위해서는, 우선, 집전층(6, 8)을 준비한다. 이들 집전층(6, 8)으로서는, 상기한 바와 같이 정극(2)의 집전층(6)으로서는 알루미늄박을 준비하고, 부극(3)의 집전층(8)으로서는 구리박을 준비한다.
다음에, 준비한 집전층(6(8))을, 도 3 중의 기판(W)으로서 스테이지(106) 위에 탑재 배치하고, 그 상태로부터 제어 수단(112)에 의해 액적 토출 수단(103)이나 제 1 위치 제어 장치(104), 제 2 위치 제어 장치(108)를 각각 제어한다. 이에 따라, 액적 토출 수단(103)의 액적 토출 헤드(114)에 대해서 집전층(6(8))을 상대적으로 이동시키면서, 액적 토출 헤드(114)로부터 2차 전지 전극용 잉크(I)를 집전층(6(8)) 위에 토출한다.
그 때, 액적 토출 수단(103)으로부터의 토출이나, 제 1 위치 제어 장치(104), 제 2 위치 제어 장치(108)에 의한 집전층(6(8))의 위치(이동)를 제어 수단(112)에 의해 제어함으로써, 집전층(6(8)) 위에 2차 전지 전극용 잉크(I)를 원하는 막두께이면서도 균일한 두께로 도포한다. 이와 같이 하여 2차 전지 전극용 잉크(I)를 도포하면, 형성하는 막을 충분히 얇게 형성하기 때문에, 잉크(I) 중에 포함되는 액상 매체는 이 토출 공정 중에 대부분이 기화되어, 막 중에서 제거된다. 또한, 필요에 따라 건조 처리를 행하여, 막 중에 잔류하는 액상 매체를 강제적으로 제거하도록 해도 좋다.
이와 같이 하여 집전층(6(8))의 한쪽 면에 박막을 형성하면, 필요에 따라 이 박막을 가열하여 경화시킨 후, 집전층(6(8))의 다른 쪽 면에도 동일한 처리를 행한다. 이에 따라, 집전층(6(8))의 다른 쪽 면에도 2차 전지 전극용 잉크(I)로 이루어지는 박막을 형성한다. 그 다음에, 얻어진 박막을 가열하여, 잔류하는 액상 매체를 충분히 제거하는 동시에, 경화시킨다. 또한, 경화시킨 박막을 필요에 따라 압축하여, 규정 두께로 조정한다. 이에 따라, 도 2의 (a) (b)에 나타낸 바와 같이 정극 활물질 또는 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 전극층(7(9))을 집전층(6(8))의 양면에 형성하여, 정극(2), 또는 부극(3)을 얻는다.
그 후, 이들 정극(2), 부극(3)을 사용해서 종래와 같은 방법으로 조립, 도 1 에 나타낸 바와 같은 리튬 이온 전지(1)를 얻는다.
이와 같이 하여 얻어진 리튬 이온 전지(1)에 의하면, 액적 토출 헤드(114)에 큰 손상을 주지 않고 제조된 것이 되므로, 생산성이 양호해지고, 또한, 전극층(7(9))의 두께가 얇아짐으로써 정극(2)이나 부극(3)의 내부 저항이 충분히 낮아지고, 또한, 전극층(7(9))의 패터닝이 용이해져 충방전의 특성 제어도 가능한 것이 된다.
다음에, 상기한 바와 같은 리튬 이온 전지를 구비한 전자 기기에 관하여 설명한다.
도 5는, 본 발명의 전자 기기를 모바일형(또는 노트형)의 퍼스널 컴퓨터에 적용한 경우의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이 퍼스널 컴퓨터(1100)는, 키보드(1102)를 구비한 본체부(1104)와, 표시 유닛(1106)으로 구성되고, 표시 유닛(1106)은, 본체부(1104)에 대해서 힌지 구조부를 통하여 회동 가능하게 지지되어 있다.
이 퍼스널 컴퓨터(1100)에서는, 그 전원으로서, 도 1에 나타낸 바와 같은 리튬 이온 전지를 구비하고 있다.
따라서, 이 퍼스널 컴퓨터(1100)에 의하면, 상기한 바와 같이 우수한 특성의 리튬 이온 전지를 구비하고 있으므로, 이 퍼스널 컴퓨터(1100) 자체도 양호한 것이 된다.
또한, 본 발명의 전자 기기는, 상술한 퍼스널 컴퓨터(모바일형 퍼스널 컴퓨터) 이외에도, 예를 들면, 휴대 전화기, 디지털 스틸 카메라, 텔레비전(예를 들면, 액정 텔레비전), 비디오 카메라, 뷰파인더형, 모니터 직시형의 비디오 테이프 레코더, 랩탑형 퍼스널 컴퓨터 등, 다양한 것에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이온 전지는, 상기한 전자 기기 이외에도, 차량 등, 전원을 필요로 하는 모든 것에 사용할 수 있다.
(실험예)
2차 전지 전극용 잉크(I)로서, 정극용 잉크를 이하와 같이 하여 제작했다.
정극 활물질로서 망간산 리튬(LiMn2O4)을 사용하고, 도전제로서 카본 블랙을 사용하고, 또한 분산 수지(바인더)와, 결착제로서의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 사용하여, 이들을 적절히 배합해서 고형분을 조정했다. 그리고, 이러한 고형분에 대해서, 복수종의 용매를 혼합하여 이루어지는 액성 용매(혼합 용매)를 추가하여 고형분을 용해/분산시키고, 실시예 1∼실시예 23, 및 비교예 1∼비교예 12까지의 슬러리(분산액), 즉 정극용 잉크(2차 전지 전극용 잉크(I))를 얻었다.
실시예 1∼실시예 23에 관하여, 그 고형분의 배합비(함유량)와, 액상 매체(혼합 용매)에서의 각 용매의 종류(기호)와 그 비점, 및 그 배합비(함유량)를, 표 1에 정리하여 나타낸다. 또한, 비교예 1∼비교예 12에 관해서도, 그 고형분의 배합비(함유량)와, 액상 매체(혼합 용매)에서의 각 용매와 그 비점, 및 그 배합비(함유량)를, 표 2에 정리하여 나타낸다.
또한, 이들 표 1, 표 2에는, 형성한 정극용 잉크의 점도와, 사용한 액상 매체(혼합 용매)의 에폭시 팽윤 중량(앞에서 정의한 본 발명에서의 중량 증가율)을 병기했다. 또한, 배합비(함유량)에 대해서는, 그 단위를 중량%(wt%)로 하고 있다.
[표 1]
Figure 112008078222812-pat00001
[표 2]
Figure 112008078222812-pat00002
또한, 상기의 표 1, 표 2에서 용매의 종류를 나타내는 기호는, 이하의 용매에 대응하고 있다. 각 용매의 비점과, 에폭시 팽윤 중량(앞에서 정의한 본 발명에서의 중량 증가율)과, 점도를 아울러 이하에 나타낸다.
기호(약호) 용매명 비점 에폭시 팽윤 중량 점도
(℃) (중량%) (mPas)
A; NPP N펜틸 피롤리돈 260 156.13 2.8
B; NBP N부틸 피롤리돈 245 142.28 2.5
C; NEP N에틸 피롤리돈 218 165.35 2.09
D; DMPU N,N-디메틸 프로필 우레아 245 164.33 2.91
E; DMI 디메틸 이미다졸리디논 225 145.46 1.94
F; NMF N메틸 포름아닐리드 245 114.13 2.5
G; gBL γ부티로락톤 204 83.01 1.7
H; PC 탄산 프로필렌 242 32.04 2.4
I; EDE 디에틸렌글리콜 디에틸에테르
188 27.81 1.4
J; EDM 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르
176 40.82 1.2
K; PHMM 에틸렌글리콜 페닐메틸에테르
222 60.06 2
L; MFTG 트리프로필렌글리콜 메틸에테르
242 27.31 4.5
M; BDM 디에틸렌글리콜 부틸메틸에테르
215 35.92 1.6
N; BMGA 디에틸렌글리콜 에틸에테르 아세테이트
192 30.92 1.6
O; DPMA 디프로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트
213 21.7 1.7
P; EEP 에톡시 프로피온산 에틸 170 45.12 1.2
Q; NMP N메틸 피롤리돈 202 180.01 1.65
또한, 상기의 각 실시예 및 각 비교예에 대해서, 표 1, 표 2나 상기의 「점도」에 대해서는, 진동식 점도계를 사용하여, JIS Z8809에 준거해서 측정한 2차 전지 전극용 잉크나 각 용매의 25℃에서의 점도를 나타내고, 「비점」의 란에는, 각 용매의 상압(1기압)에서의 비점을 나타내고, 「에폭시 팽창 중량」의 란에는, 밀봉된 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제(아지노모토 파인테크노사제, AE-40, 에폭시계 수지와 지방족 폴리아민을 포함하는 것)의 경화물(직경 6mm×두께 4mm의 원반 형상의 시험편)을, 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치했을 때의 상기 에폭시계 접착제의 경화물의 팽윤 중량(중량 증가율)을 나타냈다.
이와 같이 하여 형성한 실시예 1∼23의 2차 전지 전극용 잉크를 사용하여 이것을 상기의 액적 토출 헤드(114)로부터 토출하고, 도 2에 나타낸 전극층(7)을 형성한 바, 전극층(7)을 원하는 두께이면서도 균일한 두께로 형성할 수 있었다. 또한, 장기간 연속해서 토출을 행해도, 액적 토출 헤드(114)에 대해서 큰 손상을 주지않고, 따라서 액적 토출 헤드(114)를 장수명화할 수 있는 것이 확인되었다.
한편, 비교예 1∼12의 2차 전지 전극용 잉크를 사용해서 이것을 상기의 액적 토출 헤드(114)로부터 토출하고, 도 2에 나타낸 전극층(7)을 형성한 바, 얻어진 전극층(7)에는 두께 불균일이 보이는 것도 있었다. 또한, 장기간 연속해서 토출을 행한 바, 액적 토출 헤드(114)에 대해서 큰 손상을 주게 되어, 헤드 본체로부터 노즐 플레이트가 박리되어 버리는 것도 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 일례의 요부를 나타낸 설명도.
도 2의 (a)는 정극의 측단면도, (b)는 부극의 측단면도.
도 3은 전극의 제조에 사용하는 액적 토출 장치를 나타낸 사시도.
도 4의 (a)는 액적 토출 헤드의 단면 사시도, (b)는 측단면도.
도 5는 본 발명의 전자 기기로서의 퍼스널 컴퓨터의 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 리튬 이온 전지 2 : 정극(정전극)
3 : 부극(부전극) 4 : 세퍼레이터
5 : 금속캔 케이스 6 : 집전층
7 : 전극층 8 : 집전층
9 : 전극층 100 : 액적 토출 장치
114 : 액적 토출 헤드 1100 : 퍼스널 컴퓨터
I : 2차 전지 전극용 잉크 W : 기판

Claims (9)

  1. 집전층과 그 집전층 위에 설치된 활물질(活物質)을 포함하는 전극층을 갖는 전극을, 액적 토출 방식으로 제조할 때에 사용되는 잉크로서,
    Li-Mn계 금속 산화물, Li-Ni계 금속 산화물, Li-Co계 금속 산화물, Li-Fe계 금속 산화물 또는 이들 산화물의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 정(正)극 활물질로 이루어지는 활물질과, 상기 활물질을 용해 또는 분산하는 액상 매체를 포함하고,
    상기 액상 매체는, 밀봉된 그 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치(靜置)했을 때의, 상기 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율을 130%이하로 하는 것인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  2. 집전층과 그 집전층 위에 설치된 활물질을 포함하는 전극층을 갖는 전극을, 액적 토출 방식으로 제조할 때에 사용되는 잉크로서,
    흑연, 이(易)흑연화탄소, 난(難)흑연화탄소, Li-Ti계 금속 산화물, Li-Sn계 금속 산화물, Li-Si계 금속 산화물 또는 이들 재료의 복수종으로 이루어지는 혼합물을 포함하는 부(負)극 활물질로 이루어지는 활물질과, 상기 활물질을 용해 또는 분산하는 액상 매체를 포함하고,
    상기 액상 매체는, 밀봉된 그 액상 매체 중에, 에폭시계 접착제의 경화물을 대기압하, 50℃의 환경하에서 10일간 정치했을 때의, 상기 에폭시계 접착제의 경화물의 중량 증가율을 130%이하로 하는 것인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2차 전지 전극용 잉크는, 노즐 플레이트가 상기 에폭시계 접착제로 접합된 액적 토출 헤드로부터 토출됨으로써, 전극의 제조에 사용되는 것인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에폭시계 접착제는, 에폭시계 수지와 지방족 폴리아민을 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액상 매체의 대기압하에서의 비점은, 180∼300℃인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액상 매체의 25℃에서의 증기압은, 0.1mmHg이하인 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액상 매체는, 디메틸 이미다졸리디논, N-에틸 피롤리디논, N-부틸 피롤리디논, N-펜틸 피롤리디논, N,N-디메틸 프로필 우레아, γ-부티로락톤, 탄산 프로필렌, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 모노메틸에테르로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극용 잉크.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 2차 전지 전극용 잉크를 사용하여 제조된 2차 전지용 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  9. 제 8 항 기재의 리튬 이온 전지를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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