KR102254323B1 - Device for Preparing Electrode Comprising Electrode Active Material Particles Having Different Diameters Dependent on Distance from Current Collector and Method of Manufacturing Electrode Using The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 집전체 상에 입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제 층이 형성되어 있는 전극을 제조하는 장치로서, 지면을 기준으로, 집전체의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 상기 집전체의 하면에 대해 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부; 상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조하는 건조부; 상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러; 및 상기 제 1 롤러에 대향하여 전극 합제층의 하면 부위에 접한 상태로 제 1 롤러로부터 인가되는 압력을 지지하는 제 2 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치를 제공한다.The present invention is an apparatus for manufacturing an electrode in which an electrode mixture layer including electrode active material particles having different particle diameters is formed on a current collector, and the electrode mixture layer is formed on the lower surface of the current collector based on the ground. An electrode mixture coating unit for spraying upwardly an electrode mixture slurry containing electrode active material particles on the entire lower surface of the electrode mixture to apply; A drying unit for drying the current collector to which the slurry for an electrode mixture is applied on the lower surface; A first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector while in contact with the upper surface of the current collector; And a second roller for supporting the pressure applied from the first roller in contact with the lower surface of the electrode mixture layer facing the first roller.

Description

집전체로부터의 거리에 따라 상이한 입경의 전극 활물질 입자를 포함하는 전극을 제조하는 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법 {Device for Preparing Electrode Comprising Electrode Active Material Particles Having Different Diameters Dependent on Distance from Current Collector and Method of Manufacturing Electrode Using The Same}Device for Preparing Electrode Comprising Electrode Active Material Particles Having Different Diameters Dependent on Distance from Current Collector and Method of Manufacturing Electrode Using The Same}

본 발명은 집전체로부터의 거리에 따라 상이한 입경의 전극 활물질 입자를 포함하는 전극을 제조하는 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing an electrode including particles of an electrode active material having a different particle diameter according to a distance from a current collector, and a method for manufacturing an electrode using the same.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.Recently, interest in environmental pollution and rising prices of energy sources due to depletion of fossil fuels has been amplified, and the demand for eco-friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for future life. Accordingly, research on various power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power is continuing, and a power storage device for more efficient use of the energy produced in this way is also attracting great interest.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.In particular, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, many studies on batteries that can meet various demands are being conducted.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of the battery, there is a high demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness, and in terms of materials, it has advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. There is high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.

또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.In addition, secondary batteries are cylindrical and prismatic batteries in which an electrode assembly is built into a cylindrical or square metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is built into a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case. Classified.

또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of an electrode assembly having a stacked structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. A jelly-roll type (wound type) electrode assembly wound with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of anodes and cathodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween In recent years, in order to solve the problems of the jelly-roll type electrode assembly and the stack type electrode assembly, as an electrode assembly of an advanced structure in a mixed form of the jelly-roll type and the stack type, A stack/folding electrode assembly having a structure in which the unit cells stacked with the anode and the cathode interposed between the separator and the unit cells stacked on the separation film were sequentially wound up has been developed.

일반적으로, 이러한 전극조립체는 긴 시트형의 전극용 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 도포하고, 건조함으로써, 전극 시트를 제작하고, 상기 전극 시트를 소망하는 크기 및 형상으로 절취하여, 분리막과 함께 적층 내지 권취함으로써 제작된다.In general, such an electrode assembly is formed by applying an electrode mixture slurry on a long sheet-shaped current collector for an electrode and drying it to prepare an electrode sheet, cut the electrode sheet into a desired size and shape, and stack it together with a separator. It is produced by winding up.

도 1에는 종래의 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional electrode manufacturing apparatus.

도 1을 참조하면, 전극 제조 장치(100)는 전극 합제 슬러리를 코팅하는 슬롯 다이(110), 건조부(121, 122) 및 압연 롤러(130)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, the electrode manufacturing apparatus 100 includes a slot die 110, drying units 121 and 122, and a rolling roller 130 for coating an electrode mixture slurry.

집전체(140)는 긴 시트 형상으로서, 롤(141) 형태로 감겨 있으며, 대향측 방향으로 연속적 또는 비연속적으로 이송된다.The current collector 140 has a long sheet shape, is wound in the form of a roll 141, and is continuously or non-continuously conveyed in the opposite direction.

슬롯 다이(110)는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이(110)의 두 쪽으로 나뉜 단부의 틈인 슬롯(111)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이(110) 자체가 움직이거나, 집전체(140)가 움직이면서 집전체(140) 상에 전극 합제 슬러리를 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이(110)를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체(140)에 전극 합제 슬러리를 도포하는 것 외에, 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.The slot die 110 allows the coating liquid to be discharged into the slot 111, which is a gap between the two ends of the slot die 110, just as ink comes out of a fountain pen through the tip of the nib, so that the slot die 110 itself moves or the current collector ( As 140 moves, the electrode mixture slurry is applied on the current collector 140. Since the coating method using such a slot die 110 is superior to other coating methods in terms of maintenance and productivity, in addition to applying the electrode mixture slurry to the current collector 140 of the secondary battery electrode until now, flat panel display devices It is also widely used in the manufacture of panels.

전극 합제 슬러리가 도포된 집전체(140)는 건조부(121, 122)로 이송(103)된다.The current collector 140 to which the electrode mixture slurry is applied is transferred 103 to the drying units 121 and 122.

건조부(121, 122)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리가 코팅된 집전체(140)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.The drying units 121 and 122 are configured to dry one side and the other side of the current collector 140 coated with the electrode mixture slurry by hot air or a light source of high temperature.

압연 롤러(130)는 2개의 롤러(131, 132)로 구성되어 있으며, 2개의 롤러(131, 132)가 상호 반대 방향으로 회전(101, 102)하는 과정에서, 전극 합제 슬러리가 도포된 집전체(140)의 양면에 압력을 인가함으로써, 집전체(140)에 대한 전극 합제 슬러리의 결착력을 향상시키고, 상기 전극 합제 슬러리의 두께를 균일하게 형성한다.Rolling roller 130 is composed of two rollers (131, 132), in the process of rotating the two rollers (131, 132) in opposite directions (101, 102), the current collector to which the electrode mixture slurry is applied By applying pressure to both surfaces of the (140), the binding force of the electrode mixture slurry to the current collector 140 is improved, and the thickness of the electrode mixture slurry is uniformly formed.

도 2에는 도 1의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the rolling structure of the electrode mixture slurry by the rolling roller of FIG. 1.

도 2를 참조하면, 집전체(140)의 상면에 도포되는 전극 합제 슬러리는 상이한 입경을 갖는 전극 활물질 입자들(211, 212)이 분산된 형태로 이루어져 있다.Referring to FIG. 2, the electrode mixture slurry applied to the upper surface of the current collector 140 is formed in a form in which electrode active material particles 211 and 212 having different particle diameters are dispersed.

이에 따라, 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 경우, 건조부에 의한 건조 과정에서, 집전체(140)의 상면에 도포된 전극 합제 슬러리에 분산된 전극 활물질 입자들(211, 212) 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(211)는 중력에 의해 집전체(140)에 인접한 부위에 위치하며, 이와 반대로 상대적으로 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(212)는 집전체(140)로부터 이격된 표면 부위에 위치하게 된다.Accordingly, in the case of manufacturing an electrode using an electrode manufacturing apparatus, in the drying process by the drying unit, among the electrode active material particles 211 and 212 dispersed in the electrode mixture slurry applied to the upper surface of the current collector 140, relative The electrode active material particles 211 having a large particle diameter are located at a portion adjacent to the current collector 140 by gravity, and on the contrary, the electrode active material particles 212 having a relatively small particle diameter are spaced apart from the current collector 140. It is located on the surface area.

따라서, 상기 전극 합제 슬러리에 의해 형성된 전극 합제층(210)에서, 집전체(140)에 인접한 부위에는 전극 활물질 입자(211)의 상대적으로 큰 입경으로 인해, 높은 공극률이 형성되는 반면에, 집전체(140)로부터 이격된 전극 합제층(210)의 표면 부위에는 전극 활물질 입자(212)의 상대적으로 작은 입경으로 인해, 낮은 공극률이 형성되며, 이로 인해 상기 전극 합제층(210)의 표면 부위에서는 전해액에 대한 함침성이 저하되는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, in the electrode mixture layer 210 formed by the electrode mixture slurry, a high porosity is formed at a portion adjacent to the current collector 140 due to the relatively large particle diameter of the electrode active material particles 211, while the current collector Due to the relatively small particle diameter of the electrode active material particles 212, a low porosity is formed at the surface portion of the electrode mixture layer 210 spaced apart from 140, and thus, an electrolyte solution at the surface portion of the electrode mixture layer 210 At the same time, impregnation of the battery is reduced, there is a problem that the mobility of lithium ions during charging and discharging of the battery is lowered.

또한, 집전체(140) 상에 도포된 전극 합제 슬러리는 큰 경도를 갖는 압연 롤러(131)에 의해 압연되며, 이에 따라, 상기 표면 부위의 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(212)는 압연 롤러(131)로부터 인가되는 압력에 의해, 입자가 깨지거나 변형됨에 따라, 재배열이 발생하며, 이로 인해, 상기 표면 부위에서의 공극률이 더욱 낮아져, 상기 전해액 함침성 저하 내지 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 더욱 악화시키는 결과를 초래한다.In addition, the electrode mixture slurry applied on the current collector 140 is rolled by a rolling roller 131 having a large hardness, and accordingly, the electrode active material particles 212 having a small particle diameter at the surface portion are formed by a rolling roller ( As the particles are broken or deformed by the pressure applied from 131), rearrangement occurs, and thus, the porosity at the surface portion is further lowered, and problems such as lowering the impregnation of the electrolyte solution or lowering the mobility of lithium ions. It results in a worsening of the problem.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve this problem.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 집전체의 하면에 대해 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부를 포함하도록 구성함으로써, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러가 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위에 접한 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖도록 구성함으로써, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After in-depth research and various experiments, the inventors of the present application configured to include an electrode mixture coating part that sprays upwardly and applies the electrode mixture slurry to the lower surface of the current collector, as described later, so that the electrode mixture During the drying process of the solvent slurry, electrode active material particles with relatively large particle diameters are located on a surface area separated from the current collector by gravity, thereby improving the impregnation of the electrolyte solution at the surface area and lithium ions during charging and discharging of the battery. The mobility of the current collector can be improved, and the first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector while in contact with the upper surface of the current collector has a relatively higher hardness than the second roller that is in contact with the lower surface of the electrode mixture layer opposite thereto. By configuring to have, it is possible to effectively suppress cracking, shape change, and rearrangement of the electrode active material particles that may occur when the roller directly in contact with the electrode mixture layer has a large hardness, and accordingly, the electrode mixture layer It was confirmed that problems such as a decrease in electrolyte impregnation and a decrease in mobility of lithium ions that may occur on the surface can be effectively prevented, and the present invention has been completed.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 제조 장치는,The electrode manufacturing apparatus according to the present invention for achieving this object,

집전체 상에 입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제 층이 형성되어 있는 전극을 제조하는 장치로서,An apparatus for manufacturing an electrode in which an electrode mixture layer including electrode active material particles having different particle diameters is formed on a current collector,

지면을 기준으로, 집전체의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 상기 집전체의 하면에 대해 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부;An electrode mixture coating part spraying upwardly and applying a slurry for an electrode mixture containing electrode active material particles to a lower surface of the current collector so that the electrode mixture layer is formed on the lower surface of the current collector based on the ground;

상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조하는 건조부;A drying unit for drying the current collector to which the slurry for an electrode mixture is applied on the lower surface;

상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러; 및A first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector while in contact with the upper surface of the current collector; And

상기 제 1 롤러에 대향하여 전극 합제층의 하면 부위에 접한 상태로 제 1 롤러로부터 인가되는 압력을 지지하는 제 2 롤러;A second roller facing the first roller and supporting a pressure applied from the first roller while in contact with a lower surface of the electrode mixture layer;

를 포함하는 구조일 수 있다.It may be a structure including.

따라서, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, in the drying process of the electrode mixture slurry, electrode active material particles having a relatively large particle diameter are located on a surface portion spaced apart from the current collector by gravity, thereby improving impregnation of the electrolyte solution at the surface portion and at the same time It is possible to improve the mobility of lithium ions during charging and discharging, and it is possible to effectively suppress cracking, shape change, and rearrangement of the electrode active material particles that may occur when the roller directly in contact with the electrode mixture layer has a large hardness. Accordingly, it is possible to effectively prevent a problem of a decrease in electrolyte impregnation and a decrease in mobility of lithium ions that may occur on the surface of the electrode mixture layer.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 합제 코팅부는. 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 전극 합제용 슬러리를 집전체의 하면에 대해 상향 분사하는 구조일 수 있다.In one specific example, the electrode mixture coating part. The electrode active material particles may have a structure in which a slurry for an electrode mixture mixed with a solvent is sprayed upwardly to a lower surface of the current collector.

즉, 상기 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 액상 또는 에어로졸 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사되는 구조일 수 있다.That is, the slurry for the electrode mixture may have a structure in which electrode active material particles are sprayed upward on the lower surface of the current collector in the form of a liquid or aerosol mixed with a solvent.

이때, 상기 전극 합제용 슬러리는, 슬러리의 전체 중량을 기준으로, 용매의 함량이 40 중량% 내지 80 중량%일 수 있다.In this case, the slurry for the electrode mixture may have a solvent content of 40% to 80% by weight, based on the total weight of the slurry.

만일, 상기 전극 합제용 슬러리의 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나 지나치게 적을 경우에는, 상기 전극 합제용 슬러리의 점성이 지나치게 높아져, 집전체의 하면에 대한 분사가 용이하지 않을 수 있으며, 이와 반대로, 상기 전극 합제용 슬러리의 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나 지나치게 높을 경우에는, 상기 전극 합제용 슬러리의 점성이 지나치게 낮아져, 집전체의 하면에 대한 접착력이 약해지므로, 집전체의 하면에 대한 안정적인 접착 상태를 유지하지 못할 수 있다.If the content of the solvent of the electrode mixture slurry exceeds the above range and is too small, the viscosity of the electrode mixture slurry becomes too high, so that spraying to the lower surface of the current collector may not be easy. If the content of the solvent of the slurry for electrode mixture is too high outside the above range, the viscosity of the slurry for electrode mixture is too low and the adhesive strength to the lower surface of the current collector is weakened, thereby providing a stable adhesive state to the lower surface of the current collector. May not be able to maintain.

또한, 상기 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체는, 상기 건조부를 통한 건조 과정에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 전극 합제용 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 건조될 수 있다.In addition, the current collector to which the slurry for the electrode mixture is applied, in the drying process through the drying unit, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are distributed to a portion spaced apart from the current collector by gravity. It can be dried while the slurry is located on the lower surface of the ground.

따라서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들은 상기 건조부를 통한 건조 과정에서, 별도의 처리 내지 공정 없이, 중력에 의해 보다 용이하게 집전체로부터 이격된 부위에 분포될 수 있으며, 이에 따라, 전극 합제층 표면에서의 전해액 함침성 및 리튬 이온의 이동성을 보다 향상시킬 수 있다.Therefore, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter can be more easily distributed in a portion spaced apart from the current collector by gravity without a separate treatment or process in the drying process through the drying unit. Accordingly, the electrode mixture The electrolyte solution impregnation property and the mobility of lithium ions on the surface of the layer can be further improved.

이러한 경우에, 상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성될 수 있다.In this case, the electrode mixture layer may be formed in a distribution in which the average particle diameter of the electrode active material particles continuously or discontinuously increases as the distance from the current collector increases on a vertical cross-section.

따라서, 상기 집전체로부터 거리가 먼 전극 합제층의 표면 부위에서는 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들에 의해 높은 공극률을 형성할 수 있어, 전해액 함침성 및 리튬 이온의 이동성을 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, a high porosity can be formed by the electrode active material particles having a relatively large particle diameter at the surface portion of the electrode mixture layer far from the current collector, and thus electrolyte impregnation and mobility of lithium ions can be further improved. .

한편, 상기 제 1 롤러는 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖는 구조일 수 있다.On the other hand, the first roller may have a structure having a relatively large hardness compared to the second roller.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 전극 활물질 입자들은 경도가 큰 롤러에 의해 압연되는 경우에, 깨지거나 변형됨으로써, 재배열이 발생하며, 이는 상기 전극 합제층 표면에서의 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하를 악화시키는 요인으로 작용할 수 있다.As described above, when the electrode active material particles are broken or deformed when rolled by a roller having a high hardness, rearrangement occurs, which reduces the impregnation of the electrolyte and the mobility of lithium ions on the surface of the electrode mixture layer. It can act as a deteriorating factor.

이에 따라, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러 중에서, 집전체의 상면에 접하는 제 1 롤러는 전극 합제층의 하면에서, 상기 전극 합제층과 접하는 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖는 구조로 이루어짐으로써, 전극 합제층의 접착력을 향상시키고, 전극 합제층의 표면을 균일하게 형성하면서도, 상기 압연에 의한 문제점을 예방할 수 있다.Accordingly, of the first roller and the second roller, the first roller contacting the upper surface of the current collector has a structure having a relatively higher hardness than the second roller contacting the electrode mixture layer at the lower surface of the electrode mixture layer. As a result, it is possible to improve the adhesion of the electrode mixture layer and to form a uniform surface of the electrode mixture layer, while preventing the problem caused by the rolling.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 롤러는 수직 단면상 직경이 제 2 롤러에 비해 상대적으로 작은 구조일 수 있다.In one specific example, the first roller may have a relatively small diameter compared to the second roller in a vertical cross section.

이에 따라, 상기 제 1 롤러가 집전체의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하는 경우, 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위는 상대적으로 넓은 면적에서, 상기 압력을 지지하는 제 2 롤러와 접함으로써, 상기 전극 합제층을 구성하는 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력이 분산되어, 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력을 종래에 비해 크게 감소시킬 수 있다.Accordingly, when the pressure is applied while the first roller is in contact with the upper surface of the current collector, the lower surface portion of the electrode mixture layer opposite thereto is in contact with the second roller supporting the pressure in a relatively large area, Since the pressure applied to the electrode active material particles constituting the electrode mixture layer is dispersed, the pressure applied to the electrode active material particles can be significantly reduced compared to the prior art.

따라서, 상기 제 1 롤러에서 인가되는 압력에 의해 전극 합제층의 표면 부위에서, 전극 활물질 입자들이 깨지거나 변형됨으로써, 재배열되는 현상을 방지하고, 이에 따라 상기 전극 합제층의 표면에서 발생하는 공극의 저하로 인한 전해액 함침성의 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Accordingly, the electrode active material particles are broken or deformed at the surface portion of the electrode mixture layer by the pressure applied from the first roller, thereby preventing rearrangement, thereby preventing the voids occurring on the surface of the electrode mixture layer. It is possible to effectively prevent problems such as a decrease in electrolyte impregnation due to a decrease and a decrease in mobility of lithium ions.

또한, 본 발명은 상기 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 전극 제조 방법은, In addition, the present invention provides a method of manufacturing an electrode using the electrode manufacturing apparatus, the electrode manufacturing method,

a) 지면을 기준으로 집전체의 하부에 위치한 전극 합제 코팅부로부터 상기 집전체의 하면에 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 과정;a) applying a slurry for an electrode mixture by spraying upwardly on the lower surface of the current collector from the electrode mixture coating unit located under the current collector based on the ground;

b) 상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조부에서 건조시키는 과정; 및b) drying the current collector to which the electrode mixture slurry is applied on the lower surface in a drying unit; And

c) 상기 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러 및 상기 제 1 롤러에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위를 지지하는 제 2 롤러를 회전시키면서, 상기 전극 합제층을 압연시켜, 전극을 제조하는 과정;c) Rolling the electrode mixture layer while rotating the first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector and the second roller that supports the lower surface of the electrode mixture layer facing the first roller, thereby manufacturing an electrode. The process of doing;

을 포함할 수 있다.It may include.

즉, 본 발명에 따른 전극은 전극 합제층이 집전체의 양면에 동시에 형성되는 구조가 아닌, 일면 및 타면에 순차적으로 형성될 수 있다.That is, the electrode according to the present invention may be sequentially formed on one side and the other side, rather than a structure in which the electrode mixture layer is simultaneously formed on both surfaces of the current collector.

이때, 상기 a) 과정에서 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 슬러리 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사될 수 있다.In this case, in the step a), the slurry for electrode mixture may be sprayed upward on the lower surface of the current collector in the form of a slurry in which electrode active material particles are mixed with a solvent.

즉, 상기 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 액상 또는 에어로졸 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사되는 구조일 수 있다.That is, the slurry for the electrode mixture may have a structure in which electrode active material particles are sprayed upward on the lower surface of the current collector in the form of a liquid or aerosol mixed with a solvent.

이러한 경우에, 상기 전극 합제용 슬러리는 4 MPa 내지 20 MPa의 압력으로 분사될 수 있다.In this case, the slurry for the electrode mixture may be sprayed at a pressure of 4 MPa to 20 MPa.

만일, 상기 전극 합제용 슬러리가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 낮은 압력으로 분사될 경우, 액상 또는 에어로졸 형태로 상향 분사되는 전극 합제용 슬러리가 집전체의 하면에 대해 안정적인 도포 상태를 유지하기 어려울 수 있고, 이와 반대로, 상기 전극 합제용 슬러리가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 높은 압력으로 분사될 경우, 상기 전극 합제층의 표면이 균일하게 형성되지 못하거나, 오히려 상기 전극 합제용 슬러리를 소망하는 두께로 도포하지 못할 수 있다.If the electrode mixture slurry is out of the above range and is sprayed at an excessively low pressure, it may be difficult for the electrode mixture slurry to be sprayed upwardly in a liquid or aerosol form to maintain a stable coating state on the lower surface of the current collector, Conversely, if the electrode mixture slurry is out of the above range and is sprayed at an excessively high pressure, the surface of the electrode mixture layer may not be formed uniformly, or the electrode mixture slurry may not be applied to a desired thickness. I can.

또한, 상기 b) 과정의 건조는 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 수행될 수 있다.In addition, the drying of the step b) may be performed while the coated slurry is located on the lower surface of the ground with respect to the ground so that the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are distributed to a portion spaced apart from the current collector by gravity.

따라서, 상기 집전체의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리의 전극 활물질 입자들 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들은, 상기 건조 과정에서 중력에 의해 자연스럽게 집전체로부터 이격된 부위인 전극 합제층의 표면 부위에 분포될 수 있으며, 상기 전극 활물질 입자들의 입경에 따른 특정한 분포 구조를 형성하기 위한 별도의 장치 내지 공정이 필요 없으므로, 상기 공정에 소요되는 비용을 절약할 수 있다.Therefore, among the electrode active material particles of the slurry for an electrode mixture applied to the lower surface of the current collector, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are naturally spaced apart from the current collector by gravity during the drying process. It may be distributed on the surface of the electrode active material particles, and since there is no need for a separate device or process for forming a specific distribution structure according to the particle diameter of the electrode active material particles, the cost required for the process can be saved.

이때, 상기 b) 과정의 건조는 섭씨 40 도 내지 140 도의 온도 범위에서 30m/min 내지 50m/min의 건조 속도로 수행될 수 있다.In this case, the drying in step b) may be performed at a drying speed of 30 m/min to 50 m/min in a temperature range of 40 to 140 degrees Celsius.

만일, 상기 건조가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 낮은 온도에서 수행되거나, 지나치게 짧은 시간 동안 수행될 경우에는, 상기 집전체의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리가 충분히 건조될 수 없고, 지나치게 짧은 건조 시간으로 인해, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 충분히 분포되지 못할 수 있으며, 이와 반대로, 상기 건조가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 높은 온도에서 수행되거나, 지나치게 긴 시간 동안 수행될 경우에는, 전극 합제층의 표면에 균열이 발생하거나, 전극 합제용 슬러리가 코팅된 집전체의 변형 및 손상이 발생할 수 있고, 지나치게 긴 건조 시간으로 인해, 집전체의 하면에 대한 전극 합제용 슬러리의 접착력이 오히려 저하될 수 있는 문제점이 있다.If the drying is out of the above range, is performed at an excessively low temperature, or is performed for an excessively short period of time, the slurry for electrode mixture applied to the lower surface of the current collector cannot be sufficiently dried, and the drying time is excessively short. Therefore, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter may not be sufficiently distributed in a portion spaced apart from the current collector due to gravity, and on the contrary, the drying is out of the above range and is performed at an excessively high temperature, or for an excessively long time. If performed during the period, cracks may occur on the surface of the electrode mixture layer, or deformation and damage of the current collector coated with the electrode mixture slurry may occur, and due to an excessively long drying time, the electrode mixture on the lower surface of the current collector There is a problem in that the adhesion of the solvent slurry may be rather lowered.

한편, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력은 4 psi 내지 20 psi일 수 있다.Meanwhile, in the process c), the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller may be 4 psi to 20 psi.

만일, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작을 경우에는, 상기 전극 합제층 표면의 균일화 내지 집전체의 하면에 대한 전극 합제층의 접착력 증가와 같은 압연에 의한 소망하는 효과를 충분히 발휘하지 못할 수 있다.If, in the step c), the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller is out of the range and is too small, uniformity of the surface of the electrode mixture layer or adhesion of the electrode mixture layer to the lower surface of the current collector The desired effect by rolling, such as increase, may not be sufficiently exhibited.

이와 반대로, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 클 경우에는, 오히려 종래의 전극과 마찬가지로, 전극 활물질 입자들이 깨지거나, 형상이 변형됨으로써, 재배열이 발생해, 전극 합제층 표면에서의 공극을 크게 형성할 수 없어, 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있다.On the contrary, if the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller in the process c) is out of the above range and is too large, rather like a conventional electrode, the electrode active material particles are broken or the shape is deformed. , Rearrangement occurs, and a large void on the surface of the electrode mixture layer cannot be formed, and a desired effect may not be exhibited.

본 발명은 또한, 상기 전극 제조 장치 내지 전극 제조 방법을 사용해 제조된 전극을 제공하는 바, 상기 전극은, The present invention also provides an electrode manufactured using the electrode manufacturing apparatus or electrode manufacturing method, wherein the electrode,

입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제층; 및An electrode mixture layer including electrode active material particles having different particle diameters; And

일면 또는 양면에 상기 전극 합제층이 형성되어 있는 집전체;A current collector in which the electrode mixture layer is formed on one or both surfaces;

를 포함하고 있고,Contains,

상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성되어 있는 구조일 수 있다.The electrode mixture layer may have a structure in which the average particle diameter of the electrode active material particles continuously or discontinuously increases on a vertical cross-section as the distance from the current collector increases.

따라서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있다. Therefore, the electrode active material particles having relatively large particle diameters are located on the surface portion separated from the current collector by gravity, thereby improving the electrolyte impregnation property at the surface portion and at the same time improving the mobility of lithium ions during charging and discharging of the battery. I can.

이때, 수직 단면상 상기 전극 합제층 두께의 50%인 부위를 기준으로, 집전체로부터 이격되어 있는 전극 합제층 부위의 공극률은 집전체에 인접해 있는 전극 합제층 부위의 공극률에 대해 101% 내지 250%일 수 있다.At this time, the porosity of the portion of the electrode mixture layer spaced apart from the current collector based on the portion of the thickness of the electrode mixture layer on the vertical cross-section is 101% to 250% of the porosity of the portion of the electrode mixture layer adjacent to the current collector. Can be

만일, 상기 집전체로부터 이격되어 있는 전극 합제층 부위의 공극률은 집전체에 인접해 있는 전극 합제층 부위의 공극률에 대해 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작을 경우에는, 본 발명에 따른 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있고, 이와 반대로, 지나치게 클 경우에는, 상기 공극률의 과도한 차이로 인해, 상기 전극을 포함하는 전지의 성능이 오히려 저하될 수 있다.If the porosity of the portion of the electrode mixture layer spaced apart from the current collector is out of the above range with respect to the porosity of the portion of the electrode mixture layer adjacent to the current collector, and is too small, the desired effect according to the present invention is not exerted. Conversely, when it is too large, the performance of the battery including the electrode may be rather degraded due to an excessive difference in the porosity.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 제조 장치는, 집전체의 하면에 대해 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부를 포함하도록 구성함으로써, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러가 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위에 접한 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖도록 구성함으로써, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrode manufacturing apparatus according to the present invention is configured to include an electrode mixture coating part for spraying and applying the slurry for an electrode mixture to the lower surface of the current collector, so that in the drying process of the electrode mixture slurry, Electrode active material particles with relatively large particle diameters are located on a surface portion spaced apart from the current collector by gravity, thereby improving electrolyte impregnation at the surface portion and improving the mobility of lithium ions during charging and discharging of the battery. , The first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector while in contact with the upper surface of the current collector is configured to have a relatively higher hardness than the second roller that is in contact with the lower surface of the electrode mixture layer opposite thereto. Cracking, shape change, and rearrangement of the electrode active material particles that may occur when the roller directly in contact with the material mixture layer has a large hardness can be effectively suppressed, and thus, impregnation of the electrolyte solution that may occur on the surface of the electrode mixture layer. There is an effect that can effectively prevent the problems of degradation and mobility of lithium ions.

도 1은 종래의 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional electrode manufacturing apparatus;
Fig. 2 is a schematic diagram schematically showing a rolling structure of an electrode mixture slurry by the rolling roller of Fig. 1;
3 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram schematically showing a rolling structure of an electrode mixture slurry by the rolling roller of FIG. 3.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전극 제조 장치(300)는 전극 합제용 슬러리(311)를 코팅하는 전극 합제 코팅부(310), 건조부(321, 322) 및 압연 롤러(330)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 3, the electrode manufacturing apparatus 300 includes an electrode mixture coating unit 310, drying units 321 and 322, and a rolling roller 330 for coating the slurry 311 for the electrode mixture.

집전체(340)는 긴 시트 형상으로서, 롤(341) 형태로 감겨 있으며, 대향측 방향으로 연속적 또는 비연속적으로 이송된다.The current collector 340 has a long sheet shape, is wound in the form of a roll 341, and is continuously or discontinuously conveyed in the opposite direction.

전극 합제 코팅부(310)는 지면을 기준으로, 집전체(340)의 하면에 위치해 있으며, 집전체(340)의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 집전체(340)의 하면에 대해 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 슬러리 형태의 전극 합제용 슬러리(311)를 상향 분사하여 도포한다.The electrode mixture coating part 310 is located on the lower surface of the current collector 340 with respect to the ground, and an electrode active material with respect to the lower surface of the current collector 340 so that an electrode mixture layer is formed on the lower surface of the current collector 340. The electrode mixture slurry 311 in the form of a slurry in which particles are mixed with a solvent is sprayed upward and applied.

따라서, 전극 합제용 슬러리(311)는 액상 또는 에어로졸 형태로 분사되어, 집전체(340)의 하면에 도포된다.Accordingly, the electrode mixture slurry 311 is sprayed in a liquid or aerosol form, and is applied to the lower surface of the current collector 340.

전극 합제용 슬러리(311)가 도포된 집전체(340)는 건조부(321, 322)로 이송(303)된다.The current collector 340 to which the electrode mixture slurry 311 is applied is transferred 303 to the drying units 321 and 322.

건조부(321, 322)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제용 슬러리(311)가 코팅된 집전체(340)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.The drying units 321 and 322 are configured to dry one side and the other side of the current collector 340 coated with the electrode mixture slurry 311 by a high-temperature hot air or a light source.

집전체(340)는 건조부(321, 322)에 의한 건조 과정에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체(340)로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 슬러리(311)가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 수행된다.The current collector 340 is coated with the slurry 311 so that the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are distributed to a portion spaced apart from the current collector 340 by gravity in a drying process by the drying units 321 and 322. ) Is located on the lower surface with respect to the ground.

압연 롤러(330)는 집전체(340)의 상면 및 하면에 각각 위치한 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332)로 구성되어 있다.The rolling roller 330 is composed of a first roller 331 and a second roller 332 respectively located on the upper and lower surfaces of the current collector 340.

2개의 롤러들(331, 332)은 상호 반대 방향으로 회전(301, 302)하는 과정에서, 제 1 롤러(331)가 집전체(340)의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하고, 제 2 롤러(332)가 전극 합제용 슬러리(311)가 도포된 집전체(340)의 하면에 접한 상태로 제 1 롤러(331)로부터 인가되는 압력을 지지함으로써, 집전체(340)에 대한 전극 합제용 슬러리(311)의 결착력을 향상시키고, 상기 전극 합제용 슬러리(311)의 두께 및 표면을 균일하게 형성한다.In the process of rotating the two rollers 331 and 332 in opposite directions (301 and 302), pressure is applied while the first roller 331 is in contact with the upper surface of the current collector 340, and the second roller By supporting the pressure applied from the first roller 331 while 332 is in contact with the lower surface of the current collector 340 to which the electrode mixture slurry 311 is applied, the electrode mixture slurry for the current collector 340 It improves the binding force of 311, and uniformly forms the thickness and surface of the electrode mixture slurry 311.

제 1 롤러(331)는 수직 단면상 직경이 제 2 롤러(332)에 비해 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있다.The first roller 331 has a relatively small diameter compared to the second roller 332 in a vertical cross section.

이에 따라, 제 1 롤러(331)가 집전체(340)의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하는 경우, 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위는 상대적으로 넓은 면적에서, 상기 압력을 지지하는 제 2 롤러(332)와 접함으로써, 전극 합제층을 구성하는 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력이 분산되어, 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력을 종래에 비해 크게 감소시킬 수 있다.Accordingly, when the pressure is applied while the first roller 331 is in contact with the upper surface of the current collector 340, the lower surface of the electrode mixture layer opposite to the first roller 331 has a relatively large area and a second By contacting the roller 332, the pressure applied to the electrode active material particles constituting the electrode mixture layer is dispersed, so that the pressure applied to the electrode active material particles can be greatly reduced compared to the prior art.

따라서, 제 1 롤러(331)에서 인가되는 압력에 의해 전극 합제층의 표면 부위에서, 전극 활물질 입자들이 깨지거나 변형됨으로써, 재배열되는 현상을 방지하고, 이에 따라 전극 합제층의 표면에서 발생하는 공극의 저하로 인한 전해액 함침성의 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, the electrode active material particles are broken or deformed at the surface portion of the electrode mixture layer by the pressure applied from the first roller 331 to prevent rearrangement, thereby preventing voids generated on the surface of the electrode mixture layer. It is possible to effectively prevent problems such as a decrease in electrolyte impregnation property and a decrease in mobility of lithium ions due to a decrease in

도 4에는 도 3의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.4 is a schematic diagram schematically showing the rolling structure of the electrode mixture slurry by the rolling roller of FIG. 3.

도 4를 참조하면, 집전체(340)의 하면에 도포되는 전극 합제용 슬러리는 상이한 입경을 갖는 전극 활물질 입자들(411, 412)이 분산된 형태로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4, the slurry for electrode mixture applied to the lower surface of the current collector 340 is formed in a form in which electrode active material particles 411 and 412 having different particle diameters are dispersed.

이에 따라, 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 경우, 건조부에 의한 건조 과정에서, 집전체(340)의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리에 분산된 전극 활물질 입자들(411, 412) 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(411)는 중력에 의해 집전체(340)로부터 이격된 표면 부위에 위치하며, 이와 반대로 상대적으로 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(412)는 집전체(340)에 인접한 부위에 위치 하게 된다.Accordingly, in the case of manufacturing an electrode using an electrode manufacturing apparatus, among the electrode active material particles 411 and 412 dispersed in the electrode mixture slurry applied to the lower surface of the current collector 340 in the drying process by the drying unit, The electrode active material particles 411 having a relatively large particle diameter are located on a surface portion spaced apart from the current collector 340 by gravity, and on the contrary, the electrode active material particles 412 having a relatively small particle diameter are the current collector 340. It is located in the adjacent area.

따라서, 상기 전극 합제용 슬러리에 의해 형성된 전극 합제층(410)에서, 집전체(340) 로부터 이격된 표면 부위에는 전극 활물질 입자(411)의 상대적으로 큰 입경으로 인해, 높은 공극률이 형성되며, 이로 인해 상기 전극 합제층(410)의 표면 부위에서의 전해액에 대한 함침성을 향상시킬 수 있는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있다.Therefore, in the electrode mixture layer 410 formed by the electrode mixture slurry, a high porosity is formed at the surface portion spaced apart from the current collector 340 due to the relatively large particle diameter of the electrode active material particles 411, thereby Therefore, it is possible to improve the impregnation property of the electrolyte solution at the surface portion of the electrode mixture layer 410, and at the same time, improve the mobility of lithium ions during charging and discharging of the battery.

또한, 집전체(340)의 상면은 수직 단면상 직경이 상대적으로 작은 제 1 롤러(331)에 의해 압연되고, 집전체(340)의 하면에 형성된 전극 합제층(410)의 표면은 수직 단면상 직경이 상대적으로 큰 제 2 롤러(332)에 의해 압연되며, 이에 따라, 상기 표면 부위의 전극 활물질 입자(411)는 제 2 롤러와 접하는 면적이 증가함으로써, 제 1 롤러(331)로부터 인가되는 압력을 분산시킬 수 있다.In addition, the upper surface of the current collector 340 is rolled by a first roller 331 having a relatively small diameter in a vertical cross-section, and the surface of the electrode mixture layer 410 formed on the lower surface of the current collector 340 has a vertical cross-sectional diameter. Rolled by a relatively large second roller 332, and accordingly, the electrode active material particles 411 on the surface portion increase the area in contact with the second roller, thereby dispersing the pressure applied from the first roller 331 I can make it.

따라서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(411)가 깨지거나 변형되어 재배열이 발생함으로써, 전극 합제층(410) 표면 부위에서의 공극률 저하에 따른 전해액 함침성 저하 내지 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, the electrode active material particles 411 having a relatively large particle diameter are broken or deformed to cause rearrangement, so that the impregnation of the electrolyte solution or the mobility of lithium ions due to the decrease in the porosity at the surface portion of the electrode mixture layer 410 The same problem can be effectively prevented.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although it has been described with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (15)

집전체 상에 입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제 층이 형성되어 있는 전극을 제조하는 장치로서,
지면을 기준으로, 집전체의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 상기 집전체의 하면에 대해 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부;
상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조하는 건조부;
상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러; 및
상기 제 1 롤러에 대향하여 전극 합제층의 하면 부위에 접한 상태로 제 1 롤러로부터 인가되는 압력을 지지하는 제 2 롤러를 포함하고,
상기 제 1 롤러는 수직 단면상 직경이 제 2 롤러에 비해 상대적으로 작고,
상기 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체는, 상기 건조부를 통한 건조 과정에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 전극 합제용 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 건조되며,
상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.An apparatus for manufacturing an electrode in which an electrode mixture layer including electrode active material particles having different particle diameters is formed on a current collector,
An electrode mixture coating part spraying upwardly and applying a slurry for an electrode mixture containing electrode active material particles to a lower surface of the current collector so that the electrode mixture layer is formed on the lower surface of the current collector based on the ground;
A drying unit for drying the current collector to which the slurry for an electrode mixture is applied on the lower surface;
A first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector while in contact with the upper surface of the current collector; And
It includes a second roller for supporting the pressure applied from the first roller in a state in contact with the lower surface portion of the electrode mixture layer facing the first roller,
The first roller has a relatively small diameter compared to the second roller on a vertical cross-section,
In the current collector to which the electrode mixture slurry is applied, in the drying process through the drying unit, the coated electrode mixture slurry is distributed so that the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are distributed to a portion spaced apart from the current collector by gravity. It is dried in a condition located on the lower surface of the ground
The electrode manufacturing apparatus, wherein the electrode mixture layer is formed in a distribution in which the average particle diameter of the electrode active material particles continuously or discontinuously increases as the distance from the current collector increases on a vertical cross-section. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제 코팅부는. 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 전극 합제용 슬러리를 집전체의 하면에 대해 상향 분사하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.The method of claim 1, wherein the electrode mixture coating part. An electrode manufacturing apparatus, characterized in that the slurry for an electrode mixture in which the electrode active material particles are mixed in a solvent is sprayed upward on a lower surface of a current collector. 제 2 항에 있어서, 상기 전극 합제용 슬러리는, 슬러리의 전체 중량을 기준으로, 용매의 함량이 40 중량% 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.The electrode manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the slurry for the electrode mixture has a solvent content of 40% by weight to 80% by weight, based on the total weight of the slurry. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤러는 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.The electrode manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the first roller has a relatively high hardness compared to the second roller. 삭제delete 제 1 항에 따른 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 방법으로서,
a) 지면을 기준으로 집전체의 하부에 위치한 전극 합제 코팅부로부터 상기 집전체의 하면에 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 과정;
b) 상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조부에서 건조시키는 과정; 및
c) 상기 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러 및 상기 제 1 롤러에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위를 지지하는 제 2 롤러를 회전시키면서, 상기 전극 합제층을 압연시켜, 전극을 제조하는 과정을 포함하고,
상기 b) 과정의 건조는 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.As a method of manufacturing an electrode using the electrode manufacturing apparatus according to claim 1,
a) applying a slurry for an electrode mixture by spraying upwardly on the lower surface of the current collector from the electrode mixture coating unit located under the current collector based on the ground;
b) drying the current collector to which the electrode mixture slurry is applied on the lower surface in a drying unit; And
c) Rolling the electrode mixture layer while rotating the first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector and the second roller that supports the lower surface of the electrode mixture layer facing the first roller, thereby manufacturing an electrode. Including the process of doing,
The drying of the step b) is performed in a state in which the coated slurry is located on the lower surface of the ground relative to the ground so that the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are distributed to a portion spaced apart from the current collector by gravity. Manufacturing method. 제 8 항에 있어서, 상기 a) 과정에서 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 슬러리 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.9. The method of claim 8, wherein in the step a), the slurry for an electrode mixture is sprayed upward on the lower surface of the current collector in the form of a slurry in which electrode active material particles are mixed with a solvent. 제 9 항에 있어서, 상기 전극 합제용 슬러리는 4 MPa 내지 20 MPa 의 압력으로 분사되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.The electrode manufacturing method according to claim 9, wherein the slurry for the electrode mixture is sprayed at a pressure of 4 MPa to 20 MPa. 삭제delete 제 8 항에 있어서, 상기 b) 과정의 건조는 섭씨 40 도 내지 140 도의 온도 범위에서 30m/min 내지 50m/min의 건조 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.The method of claim 8, wherein the drying in step b) is performed at a drying speed of 30 m/min to 50 m/min in a temperature range of 40 to 140 degrees Celsius. 제 8 항에 있어서, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력은 4 psi 내지 20 psi 인 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.The method of claim 8, wherein the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller in the step c) is 4 psi to 20 psi. 제 8 항의 전극 제조 방법에 의해 제조되고,
입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제층; 및
일면 또는 양면에 상기 전극 합제층이 형성되어 있는 집전체;
를 포함하고 있고,
상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.It is manufactured by the electrode manufacturing method of claim 8,
An electrode mixture layer including electrode active material particles having different particle diameters; And
A current collector in which the electrode mixture layer is formed on one or both surfaces;
Contains,
The electrode mixture layer, wherein the electrode mixture layer is formed in a distribution in which the average particle diameter of the electrode active material particles continuously or discontinuously increases as the distance from the current collector increases on a vertical cross-section. 제 14 항에 있어서, 수직 단면상 상기 전극 합제층 두께의 50%인 부위를 기준으로, 집전체로부터 이격되어 있는 전극 합제층 부위의 공극률은 집전체에 인접해 있는 전극 합제층 부위의 공극률에 대해 101% 내지 250%인 것을 특징으로 하는 전극.The method of claim 14, wherein the porosity of a portion of the electrode mixture layer spaced apart from the current collector based on a portion having a thickness of 50% of the electrode mixture layer on a vertical cross-section is 101 with respect to the porosity of the portion of the electrode mixture layer adjacent to the current collector. % To 250%.
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