KR102160273B1 - 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로딩 전극을 사용함에도, 고분자 바인더의 균일한 분포를 확보하여, 전극의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, 전극 집전체; 및 상기 전극 집전체의 일면에 형성되며, 전극 활물질, 도전재 및 고분자 바인더를 포함하는 전극 합제층;을 구비한 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 전극 합제층의 로딩량은 250 mg/25cm2이상이고, 복수의 전극 활물질 입자와 고분자 바인더가 결합하여 형성된 복합체의 입도(D50)는 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배인 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.

Description

리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법{Electrode for lithium secondary battery and Method for preparing the same}
본 발명은 고용량 특성을 갖는 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 갖고 사이클 수명이 길며, 방전율이 낮은 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질을 포함하는 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 구비하며, 활물질층에는 전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 도전재가 첨가된다. 또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기 오염의 주요 원인 중 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등 고용량 배터리 채용 장치 시장의 성장에 따른 고용량 배터리 수요기반이 확대되면서 이들 장치의 동력원으로 높은 에너지 밀도, 고출력 및 높은 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지의 제조를 위한 전극의 고용량화 설계가 요구되고 있는 실정이다.
고로딩 전극의 설계를 위해 활물질의 양을 증가시켜, 전극의 두께가 두꺼운 고로딩 전극이 시도되고 있었다. 이러한 전극은 두께가 두꺼워짐에 따라, 전극의 제조과정에서 고분자 바인더가 용매와 함께 전극의 표면으로 이동하는 현상이 주로 발생하게 되며, 두께방향으로 고분자 바인더가 불균일하게 분포되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고로딩 전극에 있어서, 공정성을 고려한 최적의 고분자 바인더를 선택함으로써, 고분자 바인더의 균일한 분포를 달성할 수 있는 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따라 전극 집전체; 및 상기 전극 집전체의 일면에 형성되며, 전극 활물질, 도전재 및 고분자 바인더를 포함하는 전극 합제층;을 구비한 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 전극 합제층의 로딩량은 250 mg/25cm2이상이고, 복수의 전극 활물질 입자와 고분자 바인더가 결합하여 형성된 복합체의 입도(D50)는 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배인 리튬 이차전지용 전극이 제공된다.
바람직하게는, 상기 복합체의 입도(D50) 30㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 복합체의 입도(D50)는 45㎛ 내지 195 ㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극 활물질과 고분자 바인더는 97:3 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극은 양극 또는 음극일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극 합제층의 두께는 70㎛ 내지 200㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극 활물질의 입자 표면이 친수화 처리될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따라, 전극 활물질 및 고분자 바인더를 용매에 분산시켜, 전극 활물질과 고분자 바인더의 복합체의 입도(D50)가 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5배 내지 8배가 되도록, 고분자 바인더를 선택하는 단계; 상기 선택된 고분자 바인더와 상기 전극 활물질 및 도전재를 용매에 분산시켜 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 전극 집전체의 일면에 250 mg/25cm2이상의 로딩량으로 도포하는 단계; 및 상기 집전체상에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계;를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 복합체의 입도(D50) 30㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다.
바람직하게는, 상기 용매는 유기용매 또는 수계 용매일 수 있다.
바람직하게는, 상기 용매가 수계 용매인 경우, 상기 전극 슬러리는 증점제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 발명의 일 측면에 따른 전극은, 고로딩 전극을 사용함에도, 고분자 바인더가 균일하게 분포되어, 전극 활물질의 탈리를 방지할 수 있으며, 저항 감소로 인하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전극의 두께별 접착력을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 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.
종래의 고로딩 전극의 경우, 전극의 두께가 두꺼워짐에 따라, 전극의 제조과정에서 고분자 바인더가 용매와 함께 전극의 표면으로 이동하는 현상이 주로 발생하게 되며, 두께방향으로 고분자 바인더가 불균일하게 분포되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해, 고분자 바인더와 용매 간의 친화도를 비교하는 방법이 제안되었으며, 측정이 용이하지 않은 문제가 있었다.
본 발명은, 전극 활물질만을 용매에 분산시켰을 때의 전극 활물질의 입도(D50)와 전극 활물질과 고분자 바인더를 혼합한 뒤, 용매에 분산시켰을 때, 전극 활물질과 고분자 바인더의 복합체의 입도(D50)을 측정함으로써, 고분자 바인더의 용매에 대한 친화도를 평가하였으며, 적정 친화도를 제공할 수 있는 고분자 바인더를 사용함으로써, 고분자 바인더의 분포가 균일하게 개선된 것을 실험적인 확인을 통해 제안되었다.
본 발명의 리튬 이차전지용 전극은 통상의 전극과 마찬가지로, 전극 집전체; 및 상기 전극 집전체의 일면에 형성되며, 전극 활물질, 도전재 및 고분자 바인더를 포함하는 전극 합제층;을 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 전극 합제층의 로딩량은 250 mg/25cm2이상이고, 복수의 전극 활물질 입자와 고분자 바인더가 결합하여 형성된 복합체의 입도(D50)는 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배이다. 본 발명은 고로딩 전극에 있어서, 전극 활물질과 고분자 바인더의 복합체의 입도(D50)가 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배의 범위를 가질 수 있는 고분자 바인더를 선택함으로써, 고분자 바인더와 용매 간의 최적의 친화도를 가짐에 따라, 고분자 바인더의 균일한 분포를 달성할 수 있다. 상기 복합체의 입도(D50)가 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5배보다 작은 경우, 용매와의 친화도가 지나치게 강하여 고분자 바인더가 이동하는 현상(migration)이 심하게 발생하는 문제가 있으며, 상기 복합체의 입도(D50)가 전극 활물질의 입도(D50)의 8배보다 큰 경우, 용매와의 친화도가 떨어지게 되고 전극 슬러리 제조시 응집이 일어남에 따라 전극의 제조가 어려운 문제가 있다. 바람직하게는, 상기 전극 합제층의 로딩량은 300 내지 500 mg/25cm2 일 수 있으며, 상기 복합체의 입도(D50)는 전극 활물질의 입도(D50)의 1.8 내지 7.8배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 복합체의 입도(D50)는 30㎛ 내지 250 ㎛, 바람직하게는 45㎛ 내지 195 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질은 음극 활물질 또는 양극 활물질일 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 리튬 함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 - yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 - zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 - zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될수 도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 음극 활물질은 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 상기 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kishgraphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전지를 더 고용량화할 수 있다.
본 발명의 고분자 바인더는 전극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 전극 활물질과 결합하여 형성된 복합체의 입도(D50)가 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배의 범위를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 일례로 폴리비닐리덴 풀루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 헥사풀루오로프로필렌(hexafluoro propylene, HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로 에틸렌(polyvinylidene fluorideco-trichloro ethylene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸 풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸 셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸 수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니 트릴-스티렌-부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 전극 활물질과 고분자 바인더는 97:3 내지 99:1의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 전극에 있어서, 상기 전극 합제층은 증점제를 더 포함할 수 있다. 상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스(CMC)를 사용할 수 있으며, 분자량이 40만 내지 200만을 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 전극 합제층은 70㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있다.
상기 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 전극 활물질은 입자 표면이 친수화 처리된 것일 수 있다.
상기 전극 활물질은 기계적인 처리를 통해 입자 표면을 친수화시킬 수 있으며, 기계적인 처리는 압축력과 전단력을 동시에 적용하는 처리일 수 있다. 상기 기계적인 처리는 전극 활물질의 표면에 가해지는 것이 바람직하고, 전극 활물질 입자의 입자형상은 파괴하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 기계적인 처리에 의한 전극 활물질 입자의 평균 입자 지름의 저하율을 20％이하로 억제하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 전극 활물질은 기계적인 처리를 거친 흑연계 물질과, 기계적인 처리를 거치지 않은 탄소계 물질의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 리튬 이차전지용 전극의 제조방법은 전극 활물질 및 고분자 바인더를 용매에 분산시켜, 전극 활물질과 고분자 바인더의 복합체의 입도(D50)가 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배가 되도록, 고분자 바인더를 선택하는 단계; 상기 선택된 고분자 바인더와 상기 전극 활물질 및 도전재를 용매에 분산시켜 전극 슬러리를 제조하는 단계; 상기 전극 슬러리를 전극 집전체의 적어도 일면에 250 mg/25cm2이상의 로딩량으로 도포하는 단계; 및 상기 집전체 상에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계;를 포함한다.
상기 복합체의 입도(D50)은 30㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다.
상기 용매는 선택된 고분자 바인더에 따라, 유기 용매 또는 수계 용매를 사용할 수 있다.
상기 유기용매는 통상적으로 알려진 용매, 예컨대 할로겐 치환체를 포함하거나 또는 포함하지 않는 환형 카보네이트계; 선형 카보네이트계; 에스테르계, 니트릴계, 인산염계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 예를 들면 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤(GBL), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 프로필, 아세트산 펜틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 에틸 및 프로피온산 부틸 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 수계 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 용매로서, 수계용매를 사용할 경우, 슬러리에 증점제를 더 포함할 수 있다. 상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물, 폴리비닐알콜 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
전극 활물질로서 인조흑연(tap density 0.9g/cc 이하)과 고분자 바인더로서 스티렌 부타디엔 러버(SBR)을 준비하였다. 인조흑연과 SBR을 98:2의 중량비로 물에 분산시켰으며, 인조흑연과 SBR의 복합체의 입도(D50)을 측정하였으며, 복합체의 입도(D50)은 45㎛를 가졌으며, 이는 인조흑연의 입도(D50)의 1.8배이다.
상기 인조흑연 96.8 중량%, 스티렌 부타디엔 러버 2 중량%, 및 카복시메틸셀룰로오스 1.2 중량%를 물에 분산시켜 전극 슬러리를 제조한 후, 이러한 전극 슬러리를 300 mg/25cm2의 로딩량으로 구리 호일에 도포한 후, 100℃의 진공오븐에서 10 시간 이상 건조 및 압연하여 107 ㎛의 두께를 갖는 전극을 제조하였다.
실시예 2
인조흑연과 SBR의 복합체의 입도(D50)가 195㎛를 갖고, 인조흑연의 입도(D50)의 7.8배인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 전극을 제조하였다.
비교예 1
인조흑연과 SBR의 복합체의 입도(D50)가 25㎛를 갖고, 인조흑연의 입도(D50)와 동일한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 전극을 제조하였다.
비교예 2
인조흑연과 SBR의 복합체의 입도(D50)가 290㎛를 갖고, 인조흑연의 입도(D50)의 11.6배인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 전극 슬러리를 제조하였다. 이러한 전극 슬러리는 응집현상이 발생하여, 전극의 제작이 불가능하였다.
음극 접착력 측정
상기 실시예 1, 2, 비교예 1에 따라 제조된 전극을 이용하여 음극 합제층의 접착력을 측정하였으며, 측정된 결과를 도 1에 나타내었다. 구체적인 측정방법은 하기와 같다.
1. 슬라이드 글라스에 양면 tape를 붙이고 그 위에 전극을 올려놓는다.
2. 전극의 타면에 tape를 붙이고 박리한 뒤, 전극의 두께를 측정한다.
3. 전극 두께의 10%가 될 때까지, 박리를 반복하였으며, 음극의 두께대비 접착력을 측정하였다.
도 1을 참조하면, 비교예 대비 실시예 1 및 2의 전극의 접착력이 개선된 것을 알 수 있으며, 비교예 보다 바인더가 균일하게 분포된 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 전극 집전체; 및 상기 전극 집전체의 일면에 형성되며, 전극 활물질, 도전재 및 고분자 바인더를 포함하는 전극 합제층;을 구비한 리튬 이차전지용 전극에 있어서,
    상기 전극 합제층의 로딩량은 250 mg/25cm2이상이고, 복수의 전극 활물질 입자와 고분자 바인더가 결합하여 형성된 복합체의 입도(D50)는 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5 내지 8배인 것이며,
    상기 전극 활물질의 입도는 상기 전극 활물질만을 용매에 분산시켰을 때의 전극 활물질의 입도이며,
    상기 복합체의 입도는 상기 전극 활물질과 상기 고분자 바인더의 혼합물을 상기 용매에 분산시켰을 때의 상기 전극 활물질과 고분자 바인더 복합체의 입도인 것이며,
    이 때, 상기 용매는 수계 용매로서, 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
    상기 고분자 바인더는 상기 용매에 분산되는 것으로서, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene-rubber), 아크리로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합체의 입도(D50) 30㎛ 내지 250 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복합체의 입도(D50)는 45㎛ 내지 195 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질과 고분자 바인더는 97:3 내지 99:1의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 양극 또는 음극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 합제층의 두께는 70㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질의 입자 표면이 친수화 처리된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  8. 전극 활물질 및 고분자 바인더를 용매에 분산시켜, 전극 활물질과 고분자 바인더의 복합체의 입도(D50)가 상기 전극 활물질의 입도(D50)의 1.5배 내지 8배가 되도록, 고분자 바인더를 선택하는 단계;
    상기 선택된 고분자 바인더와 상기 전극 활물질 및 도전재를 용매에 분산시켜 전극 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 전극 슬러리를 전극 집전체의 일면에 250 mg/25cm2이상의 로딩량으로 도포하는 단계; 및
    상기 집전체상에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계;를 포함하며,
    상기 전극 활물질의 입도는 상기 전극 활물질만을 용매에 분산시켰을 때의 전극 활물질의 입도이며,
    상기 복합체의 입도는 상기 전극 활물질과 상기 고분자 바인더의 혼합물을 상기 용매에 분산시켰을 때의 상기 전극 활물질과 고분자 바인더 복합체의 입도인 것이며,
    이 때, 상기 용매는 수계 용매로서, 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며,
    상기 고분자 바인더는 상기 용매에 분산되는 것으로서, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 스티렌-부타디엔 러버(styrene-butadiene-rubber), 아크리로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복합체의 입도(D50) 30㎛ 내지 250 ㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전극 슬러리는 증점제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263982A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Jfe Steel Kk 黒鉛質粒子の製造方法およびリチウムイオン二次電池用負極材料
JP2014107182A (ja) 2012-11-29 2014-06-09 Hitachi Ltd リチウムイオン二次電池及びその製造方法
WO2015166777A1 (ja) * 2014-04-28 2015-11-05 日本ゼオン株式会社 電気化学素子電極用複合粒子の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263982A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Jfe Steel Kk 黒鉛質粒子の製造方法およびリチウムイオン二次電池用負極材料
JP2014107182A (ja) 2012-11-29 2014-06-09 Hitachi Ltd リチウムイオン二次電池及びその製造方法
WO2015166777A1 (ja) * 2014-04-28 2015-11-05 日本ゼオン株式会社 電気化学素子電極用複合粒子の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220200014A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing gas diffusion layer

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