KR101278504B1 - 도전성이 개선된 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및이로부터 제조된 이차전지의 전극 - Google Patents

도전성이 개선된 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및이로부터 제조된 이차전지의 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성이 개선된 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및 이로부터 제조된 이차전지의 전극에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지의 전극 활물질층 형성방법은 (S1) 바인더 수지의 용융액(melt)에 도전제를 분산시키는 단계 (S2) 상기 바인더 수지를 용매에 대한 가용성을 갖는 범위 내에서 가교시킨 다음, 도전제가 가교 바인더 수지 내부에 분산된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 제조하는 단계 (S3) 상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들과 전극 활물질 입자들을 용매에 분산시킨 다음, 상기 컴포지트 칩들의 가용성 가교 바인더 수지를 상기 용매에 용해시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계 및 (S4) 상기 전극 활물질 슬러리를 기재 위에 도포하고 건조시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 형성방법에 따르면, 도전제 입자들이 가교 바인더 수지 내에 분산된 전극 활물질층을 제조할 수 있으므로, 장시간 동안 전지 사용에 따라 전극 활물질층의 부피 팽창(volume expansion)이 발생하는 경우에도 전극의 이온전도도 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 도전제 입자들을 가용성 가교 바인더 수지에 미리 분산시킨 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 전극 활물질 슬러리 제조시 사용하므로서, 도전제 입자들의 분산성을 개선시켜 전극의 이온전도성을 균일하게 유지시킬 수 있다.

Description

도전성이 개선된 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및 이로부터 제조된 이차전지의 전극{A FORMING METHOD OF ELECTRODE ACTIVE MATERIAL LAYER OF A SECONDARY BATTERY DEVELOPING ELECTROCONDUCTIVITY AND A SECONDARY BATTERY MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 도전성이 개선된 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및 이로부터 제조된 이차전지의 전극에 관한 것이다.
통상적으로 충방전이 가능한 이차전지는 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다. 이중에서 리튬 이차전지는 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동전압특성과 단위 중량당 에너지 밀도 특성이 뛰어나서 가장 각광받고 있으며 장래성도 매우 높은 것으로 평가받고 있다.
리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.
리튬 이차전지는 통상적으로 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질층을 형성시킨 양극, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질층을 형성시킨 음극 및 상기 양극과 음극의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터를 구비한다. 전극(양극 또는 음극) 활물질층을 집전체에 형성하는 방법으로는 전극 활물질 입자, 도전제 입자 및 바인더 수지를 용매에 분산시킨 전극 활물질 슬러리를 집전체에 직접 도포 및 건조시켜 형성하거나, 또는 전극 활물질 슬러리를 별도의 지지체 상부에 도포 및 건조시킨 다음, 이 지지체로부터 박리한 필름을 집전체 상에 라미네이션하는 방법으로 형성한다.
도 1을 참조하여 전술한 종래의 방법에 따라 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성된 전극의 미시구조를 설명하면, 바인더 수지(3)는 전극 활물질 입자들(15)을 서로 연결하며 집전체에 고정시키고, 미세한 크기인 도전제 입자들(5)은 바인더 수지 내부(3)에 분산되어 있지 않고 단지 전극 활물질 입자들(15)과 물리적으로 점접촉하여 도전제의 역할을 수행하게 된다.
그런데, 장시간 동안 전지를 사용하게 되면, 전극 활물질층의 부피 팽창(volume expansion)이 발생하게 되며, 이로 인해 점접촉되어 있던 도전제 입자들과 전극 활물질 입자들 사이의 간격이 벌어지게 되고, 이에 따라 도전제 입자들과 전극 활물질 입자들 사이의 상호작용이 약해져서 전극의 이온전도도가 저하된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도전제의 함량을 증가시키면 전극 활물질 입자들의 함량이 상대적으로 적어지게 되어 이차전지의 용량이 감소한다.
일본 공개특허공보1996-124560 및 1996-124562에는 전자선 경화형 모노머와 고분자 재료, 전극 활물질 입자 및 도전제 입자들을 용매에 분산시킨 전극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 집전체에 도포한 다음 고분자 재료를 가교시킴으로서, 전해액에 대한 내용해성을 향상시킨 전극 활물질층 형성방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 제조방법에 의해 형성된 전극 활물질층 내의 도전제 입자들 역시 제조공정상 도전제들이 가교 바인더 수지 내부에 분산되어 있지 않고 단지 전극 활물질 입자들과 물리적으로 점접촉하여 도전제의 역할을 수행하게 된다.
한편 전극 활물질층의 형성방법에 있어서, 도전제 입자들이 전극 활물질 슬러리 내에서 잘 분산되어야만 형성된 전극 활물질층의 이온전도도가 균일하게 유지된다. 그러나, 전극 활물질 입자, 도전제 및 바인더 수지를 용매에 동시에 첨가하여 믹서 내에서 교반, 분산시키는 통상적인 분산방법을 이용하는 경우, 전극 활물질 입자와 도전제의 입자 크기의 차이, 비중 등의 차이로 인하여 도전제 입자들이 슬러리 내에 균일하게 분산되기 어렵다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 일본 공개특허공보 2003-173777호에는 전극 활물질 슬러리를 분무 건조한 다음, 여기에 다시 용매를 첨가하고 혼련한 후, 집전체에 도포 및 건조시켜 전극 활물질층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 한국 공개실용 2000-6809호에는 특별히 고안된 분산장치를 통하여, 전극 활물질 슬러리 내의 전극 활물질과 도전제 입자들의 분산성을 향상시킨 방법이 개시되 어 있다. 그러나, 이들 제조방법은 특별한 분산장치를 필요로 하거나 제조공정이 번거로우며, 전극 활물질 슬러리 내에서 도전제 입자들의 분산성 개선에는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 도전제 입자들이 가교 바인더 수지 내에 분산된 전극 활물질층을 제조하여 장시간 동안 전지 사용에 따라 전극 활물질층의 부피 팽창(volume expansion)이 발생하는 경우에도 전극의 이온전도도 저하를 최소화할 수 있는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법 및 이로부터 제조된 이차전지의 전극을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 비교적 간단한 방법으로 도전제 입자들의 분산성을 개선시킨 이차전지의 전극 활물질층 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지의 전극 활물질층 형성방법은, (S1) 바인더 수지의 용융액(melt)에 도전제를 분산시키는 단계 (S2) 상기 바인더 수지를 용매에 대한 가용성을 갖는 범위 내에서 가교시킨 다음, 도전제가 가교 바인더 수지 내부에 분산된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 제조하는 단계 (S3) 상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들과 전극 활물질 입자들을 용매에 분산시킨 다음, 상기 컴포지트 칩들의 가용성 가교 바인더 수지를 상기 용매에 용해시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계 및 (S4) 상기 전극 활물질 슬러리를 기재 위에 도포하고 건조시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 형성방법에 따르면, 도전제 입자들이 가교 바인더 수지 내에 분산된 전극 활물질층을 제조할 수 있으므로, 장시간 동안 전지 사용에 따라 전극 활물질층의 부피 팽창(volume expansion)이 발생하는 경우에도 전극의 이온전도도 저하를 최소화할 수 있다. 즉, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가교 바인더 수지가 용해될 때, 도전제 입자들은 가교 바인더 수지에 대한 결착력이 강하므로 전극 활물질 슬러리 내에서 가교 바인더 수지와 잘 혼화되어 있게 된다. 이에 따라, 이러한 전극 활물질 슬러리로 형성한 전극 활물질층의 바인더 수지 내에는 도전제 입자들이 분산되어 전극 활물질 입자들과의 도전경로를 확보하게 된다.
또한, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가용성 가교 바인더 수지가 용해됨과 동시에 그 내부에 분산된 도전제 입자들이 슬러리 내에 릴리즈(release)됨으로서, 도전제 입자들의 분산성이 개선된다. 이에 따라, 이러한 전극 활물질 슬러리를 이용하여 형성한 전극 활물질층 내에는 도전제 입자들이 균일하게 분산되므로, 전극의 이온전도성을 균일하게 유지시킬 수 있다.
본 발명의 이차전지의 전극 활물질층 형성방법에 있어서, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩의 도전제 함량은 10 내지 80 중량%인 것이 바람직하고, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩의 평균직경은 0.1 내지 10mm인 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 형성방법에 따르면, 도전제 입자들이 가교 바인더 수지 내에 분산된 전극 활물질층을 제조할 수 있다. 이에 따라, 장시간 동안 전지를 사용하여 전극 활물질층의 부피 팽창(volume expansion)이 발생하는 경우에도 전극의 이온전도도 저하를 최소화할 수 있다. 즉, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가교 바인더 수지가 용해될 때, 도전제 입자들은 가교 바인더 수지에 대한 결착력이 강하므로 전극 활물질 슬러리 내에서 가교 바인더 수지와 잘 혼화되어 있게 된다. 따라서, 이러한 전극 활물질 슬러리로 형성한 전극 활물질층의 바인더 수지 내에는 도전제입자들이 분산되어 전극 활물질 입자들과의 도전경로를 확보하게 된다.
또한, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가용성 가교 바인더 수지가 용해됨과 동시에 그 내부에 분산된 도전제 입자들이 슬러리 내에 릴리즈(release)됨으로서, 도전제 입자들의 분산성이 개선된다. 이에 따라, 이러한 전극 활물질 슬러리를 이용하여 형성한 전극 활물질층 내에는 도전제입자들이 균일하게 분산되므로, 전극의 이온전도성을 균일하게 유지시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 바인더 수지, 전극 활물질 입자, 도전제 입자 및 용매로 이루어진 통상적인 전극 활물질 슬러리를 이용하여 전극 활물질층을 형성하는 방법에 있어서, 도전제 입자들을 가용성 가교 바인더 수지에 미리 분산시킨 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 이용하는데 그 특징이 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 활물질 슬러리에 첨가되는 본 발명에 따른 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩(10)은 가용성 가교 고분자 수지(3) 내부에 다수의 도전제 입자들(5)이 분산되어 있다. 이러한 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 전극 활물질 입자들과 함께 용매에 분산시킨 다음, 컴포지트 칩들의 가용성 가교 바인더 수지를 용매에 용해시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하면, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가교 바인더 수 지가 용해될 때, 도전제 입자들은 가교 바인더 수지에 대한 결착력이 강하므로 전극 활물질 슬러리 내에서 가교 바인더 수지와 잘 혼화되어 있게 된다. 이에 따라, 이러한 전극 활물질 슬러리로 형성한 전극 활물질층의 바인더 수지 내에는 도전제 입자들이 분산되어 전극 활물질 입자들과의 도전경로를 확보하게 된다.
또한, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가용성 가교 바인더 수지가 용해됨과 동시에 그 내부에 분산된 도전제 입자들이 슬러리 내에 릴리즈(release)됨으로서, 도전제 입자들의 분산성이 개선된다.
본 발명에 따른 이차전지의 전극 활물질층 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 바인더 수지의 용융액(melt)에 도전제를 분산시킨다(S1 단계).
즉, 바인더 수지를 융점 이상으로 가열하여 용융시킨 다음, 여기에 도전제 입자들을 첨가하여 교반하는 방법 등으로 바인더 수지의 용융액 내에 도전제 입자들을 분산시킨다. 본 발명의 형성방법에 있어서, 도전제로는 이차전지의 전극 활물질층에 사용되는 통상적인 도전제라면 모두 사용할 수 있는데, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 병용할 수 있다. 도전제 입자들의 함량은 도전제 입자들을 바인더 수지 내에 충분히 분산시킬 수 있는 함량 범위 내에서 조절할 수 있는데, 예를 들어 후술하는 마스터 배치형 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩 총 중량을 기준으로 10 내지 80 중량% 첨가할 수 있다.
또한, 바인더 수지로는 전극 활물질 입자의 결합제로서 통상적으로 사용되는 열가소성 바인더 수지로서 공지의 가교방법에 의해 가교화가 가능한 것이라면 모두 사용할 수 있는데, 예를 들어 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리아세테이트 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 병용할 수 있다.
이어서, 도전제가 분산된 바인더 수지의 용융액 내의 바인더 수지를 용매에 대한 가용성을 갖는 범위 내에서 가교시킨 다음, 도전제가 가교 바인더 수지 내부에 분산된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 제조한다.
전술한 바와 같이, 바인더 수지를 가교화하면, 도전제 입자들의 바인더 수지에 대한 결착력이 강화된다. 이에 따라, 후술하는 가교 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들이 전극 활물질 슬러리 내에 분산된 상태에서 가교 바인더 수지가 용해될 때, 도전제 입자들은 전극 활물질 슬러리 내에서 가교 바인더 수지와 잘 혼화되어 있게 된다. 바인더 수지의 가교화는 방사선, 빛 등의 고에너지를 도전제가 분산된 바인더 수지의 용융액에 조사하거나, 라디칼 시약 또는 퍼옥사이드 화합물과 같은 가교제를 투입하는 등, 공지의 고분자 가교방법을 이용할 수 있다. 가교도가 커지면 바인더 수지가 용매에 용해되지 않아 전극 활물질 슬러리를 제조할 수 없으므로, 용매에 대한 가용성을 유지하도록 바인더 수지를 저가교도로 가교시킨다. 용매에 대한 가용성을 유지하기 위한 가교도의 정도는 바인더 수지 및 용해의 대상인 용매의 종류에 따라 달라지므로, 선택하는 바인더 수지의 종류와 용매에 따라 적절히 조절해야 한다.
도전제가 가교 바인더 수지에 분산된 용융액은 압출 후 커팅하는 등의 통상적인 칩 제조방법을 이용하여 소정 크기와 형상, 예를 들어 평균직경이 0.1 내지 10mm인 원통형 칩으로 된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩으로 제조할 수 있는데, 칩의 형상과 크기 및 그 제조방법은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 당업자가 다양하게 선택할 수 있다.
이어서, 상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들과 전극 활물질 입자들을 용매에 분산시킨 다음, 상기 컴포지트 칩들의 가용성 가교 바인더 수지를 상기 용매에 용해시켜 전극 활물질 슬러리를 제조한다(S3 단계).
마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들과 전극 활물질 입자들을 용매에 분산시키는 방법은 종래의 믹서를 이용한 분산법 등, 다양한 분산방법을 이용할 수 있다. 다른 성분들과 함께 용매에 분산된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들은 시간이 경과함에 따라, 또는 가열에 의해 컴포지트 칩을 구성하는 가용성 가교 바인더 수지가 용매에 용해되어 전극 활물질 슬러리가 제조된다. 용매로는 통상적으로 전극 활물질 슬러리를 형성하는데 사용되며 가용성가교 바인더 수지를 용해시킬 수 있는 용매라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 아세톤 또는 N-메틸 피롤리돈(NMP) 등을 사용할 수 있다.
마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들 외에, 전극 활물질 슬러리에는 통상적인 방법에 따라 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한도 내 에서 바인더 수지(또는 저가교도를 갖는 가용성 가교 바인더 수지)와 도전제 입자들을 각각 별도로 첨가할 수 있음은 물론이다. 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들에 함유된 도전제 입자들을 포함한 전극 활물질 슬러리 내의 총 도전제 입자들의 함량은 통상적으로 형성하는 전극 활물질층 내의 도전제 함량에 따라 조절할 수 있는데, 예를 들어 전극 활물질 입자 100 중량부를 기준으로 1 내지 20중량부가 되도록 첨가할 수 있다. 또한, 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들에 포함된 바인더 수지를 포함한 전극 활물질 슬러리 내의 총 바인더 수지의 함량은 통상적으로 형성하는 전극 활물질층 내의 바인더 수지의 함량에 따라 조절할 수 있는데, 예를 들어 전극 활물질 입자 100 중량부를 기준으로 5 내지 30중량부가 되도록 첨가할 수 있다.
그런 다음, 전술한 방법으로 제조한 전극 활물질 슬러리를 기재 위에 도포하고 건조시켜 전극 활물질층을 형성한다(S4 단계). 전극 활물질층은 금속 박막, 메쉬형 이스펜디드 메탈, 펀치드 메탈 등의 집전체로 된 기재 위에 직접 도포한 다음 건조시켜 형성하거나, 또는 전극 활물질 슬러리를 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등과 같은 별도의 지지체로 된 기재 상부에 도포 및 건조시킨 다음, 이 지지체로부터 박리한 필름을 집전체 상에 라미네이션하는 방법 등으로 형성할 수 있다. 전극 활물질 슬러리의 도포방법으로는 당 업계에 알려진 통상적인 도포방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 전극 활물질층 형성방법에 있어서, 전극 활물질 입자는 특별히 제 한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 전극 활물질 입자를 사용할 수 있다.
전극 활물질 입자 중 양극 활물질 입자의 비제한적인 예로는 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 등과 같은 리튬 복합 산화물로 된 입자나 설퍼 화합물로 된 입자를 예시할 수 있고, 음극 활물질 입자의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite)와 같은 리튬 흡착물질 등을 예시할 수 있다.
전술한 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 이차전지의 전극은 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성되며 도전제, 전극 활물질 입자 및 가교 바인더 수지를 포함하는 전극 활물질층을 구비하되, 전극 활물질 입자들은 가교 바인더 수지에 의해 서로 연결 및 고정되고, 상기 도전제는 가교 바인더 수지 내에 분산되어 있다. 본 발명의 방법에 따라 형성된 이차전지 전극의 전극 활물질층의 확대 단면도인 도 3을 참조하면, 바인더 수지(3)는 전극 활물질 입자들(15)을 서로 연결하며 집전체(미도시)에 고정시키고, 미세한 크기인 도전제 입자들(5)은 바인더 수지 내부(3)에 분산되어 있다. 이에 따라, 바인더 수지 자체에 도전성이 부여되어 활물질 입자들과의 도전경로를 확보한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예 들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<실시예>
폴리비닐리덴플루오라이드를 가열하여 용용시킨 용융액 100중량부에 카본 블랙 100 중량%를 첨가하고 교반하여 도전제 입자들을 분산시켰다.
이어서, 도전제 입자들이 분산된 바인더 수지 용융액에 퍼옥사이드 가교제를 투입하고 가교화한 다음, 이를 용융압출하고 커팅하여 평균직경이 3mm인 원통형 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 준비하였다.
이어서, 준비된 가용성 가교 마스터 배치형 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩 4 중량부 및 리튬 코발트 복합산화물로 된 양극 활물질 입자 92 중량부와, 슬러리 내의 바인더 수지 및 도전제 입자의 총 함량이 각각 4 중량부가 되도록 별도로 폴리비닐리덴플루오라이드와 카본 블랙을 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 분산시킨 다음, 가용성 가교 바인더 수지 및 별도로 첨가된 폴리비닐리덴플루오라이드가 용매에 용해되도록 가열하며 교반하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 전술한 양극 활물질 슬러리를 두께가 20 ㎛인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 건조하여 양극 활물질층을 형성한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
<비교예>
마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩을 사용하지 않은 대신 가용성 가교 바인더 수지와 도전제의 함량을 조절한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 제조하였다.
전술한 실시예 및 비교예에 따라 제조한 양극 활물질층 내의 도전제 입자들 의 분산성을 평가한 결과, 실시예가 비교예보다 분산성이 우수한 것으로 나타났다.
명세서 내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.
도 1은 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성된 종래의 이차전지 전극을 개략적으로 도시한 단면도 및 그 전극 활물질층의 확대 단면도이고,
도 2는 본 발명의 전극 활물질층 형성방법에 사용되는 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩의 개략적인 단면도이고,
도 3은 본 발명의 이차전지 전극에 형성된 전극 활물질층의 확대 단면도이다.

Claims (13)

  1. (S1) 바인더 수지의 용융액(melt)에 도전제 및 가교제를 분산시키는 단계
    (S2) 상기 바인더 수지를 용매에 대한 가용성을 갖는 범위 내에서 가교시킨 다음, 도전제가 가교 바인더 수지 내부에 분산된 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들을 제조하는 단계
    (S3) 상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩들과 전극 활물질 입자들을 용매에 분산시킨 다음, 상기 컴포지트 칩들의 가용성 가교 바인더 수지를 상기 용매에 용해시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하는 단계 및
    (S4) 상기 전극 활물질 슬러리를 기재 위에 도포하고 건조시키는 단계를 포함하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩의 도전제 함량은 10 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥 사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 폴리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전제는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스터 배치형 가용성 가교 바인더 수지-도전제 컴포지트 칩의 평균직경은 0.1 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자는 리튬 복합 산화물 또는 설퍼 화합물로 된 양극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon) 및 그래파이트(graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용매는 아세톤 또는 N-메틸 피롤리돈(NMP)인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 활물질층 형성방법.
  9. 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성되며 도전제, 전극 활물질 입자 및 가교 바인더 수지를 포함하는 전극 활물질층을 구비한 이차전지의 전극에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자들은 가교 바인더 수지에 의해 서로 연결 및 고정되고, 상기 도전제는 가교 바인더 수지 내에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가교 바인더 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드, (비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 폴리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 바인더 수지가 가교된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 도전제 입자는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자는 리튬 복합 산화물 또는 설퍼 화합물로 된 양극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon) 및 그래파이트(graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극.
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