KR102326289B1 - Patterning method on surface of dry electrode - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 미리 패턴이 형성된 고온의 압연 롤러를 사용하여 전극 재료를 집전체에 고정시킴과 동시에 전극 표면에 패턴을 형성하는 방법 및 이를 통해 제조된 건조전극에 관한 것으로서 추가적인 공정비가 들지 않고, 표면에 형성된 패턴으로 인하여 전극의 비표면적을 효과적으로 넓힐 수 있으며, 이로 인해 더 많은 전해질 이온을 저장하여 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전극 재료의 고정과 동시에 패턴화가 진행됨으로 패턴이 있는 부분과 없는 부분의 공극률에 차이가 없이 균일하다는 장점이 있다.The present invention relates to a method for fixing an electrode material to a current collector and forming a pattern on the surface of the electrode at the same time using a high-temperature rolling roller having a pattern formed in advance, and to a dry electrode manufactured through the method, without additional process costs, and can be applied to the surface Due to the formed pattern, the specific surface area of the electrode can be effectively increased, and thus more electrolyte ions can be stored to improve the performance of the battery. In addition, since patterning proceeds at the same time as the electrode material is fixed, there is an advantage that the porosity of the portion with and without the pattern is uniform without any difference.
Description
본 발명은 이차전지의 전극에 관한 것으로서 구체적으로는 추가적인 공정 없이 건조전극(dry electrode)의 표면에 패턴을 형성하는 방법 및 이를 통해 제조된 건조전극, 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode of a secondary battery, and more particularly, to a method of forming a pattern on the surface of a dry electrode without an additional process, a dry electrode manufactured through the method, and a secondary battery including the same.
최근 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 휴대용 게임기와 같은 휴대용 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 구동 전원으로 사용되는 이차전지에 대한 수요가 변화하고 있다. 과거에는 니켈-카드뮴, 니켈-수소, 니켈-아연 전지 등이 사용되었으나, 현재는 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지가 가장 많이 사용되고 있다.Recently, as portable devices such as smartphones, laptops, tablet PCs, and portable game machines become lighter and more functional, the demand for secondary batteries used as driving power is changing. In the past, nickel-cadmium, nickel-hydrogen, nickel-zinc batteries, etc. were used, but now lithium secondary batteries having a high operating voltage and high energy density per unit weight are the most used.
리튬 이차전지의 양극 소재로는 LiCoO2, LiNiO2 및 LiMn2O4 등과 같이 리튬 이온을 가역적으로 흡장-방출하여 높은 가역 전위를 나타내는 재료가 사용되고 있으며 성능과 안정성을 높이기 위한 양극 소재의 개발은 현재도 계속 진행되고 있다.Materials that exhibit high reversible potential by reversibly occluding and releasing lithium ions, such as LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMn 2 O 4 , are used as cathode materials for lithium secondary batteries. is also ongoing.
리튬 이차전지의 음극 소재로는 단위 무게당 에너지 밀도가 가장 높고, 표준수소전위가 -3.04V로 가장 낮은 리튬 메탈이 가장 이상적이다. 리튬 이차전지의 음극 소재로 리튬 메탈을 사용하면, 이론적으로 용량이 현재 상용 전지의 10배 이상인 3860mAhg-1까지 가능하다. 그러나 리튬 메탈 표면에 덴드라이트(dendrite)가 쉽게 성장하고 이러한 덴드라이트가 분리막을 파손하여, 전지의 성능 및 안전성에 문제점을 일으킬 수 있다. 또한, 석출된 덴드라이트는 리튬 메탈의 비표면적 및 반응성을 급작스럽게 증가시켜, 전해액과의 반응 후 전기 전도성이 결여된 고분자 막을 형성하기도 한다. 최근에 인기를 끌고 있는 급속 충전은 이러한 영향을 더욱 악화시킨다.As an anode material for a lithium secondary battery, lithium metal with the highest energy density per unit weight and the lowest standard hydrogen potential of -3.04V is the most ideal. When lithium metal is used as a negative electrode material for a lithium secondary battery, the theoretical capacity can be up to 3860mAhg -1, which is 10 times more than that of a commercial battery. However, dendrites easily grow on the surface of the lithium metal and these dendrites break the separator, which may cause problems in the performance and safety of the battery. In addition, the precipitated dendrites abruptly increase the specific surface area and reactivity of the lithium metal to form a polymer film lacking electrical conductivity after reaction with the electrolyte. The recent popularity of fast charging exacerbates this effect.
이러한 문제점 때문에 음극 소재로 장기간 사용이 가능한 흑연, 카본 등의 탄소 재료가 많이 활용되었다. 리튬 메탈을 직접 음극 소재로 사용하는 경우, 충방전 회수가 최대 수십 회 정도로 실용성이 떨어지므로 비록 1회 용량은 적지만 장시간 사용이 가능한 흑연, 카본 등의 소재가 주로 사용되었다. 금속 리튬이 석출되지 않기 때문에 덴드라이트에 의한 내부 단락 및 부가적인 문제점이 발생하지 않아 장시간 안정적으로 사용할 수 있다. 다만, 흑연, 카본 등의 음극 소재는 이론적인 리튬 흡장 능력이 372mAhg-1로 리튬 메탈의 10%에 해당하기 때문에 이를 개선하기 위한 노력이 진행되고 있다.Because of these problems, carbon materials such as graphite and carbon, which can be used for a long period of time, have been widely used as negative electrode materials. When lithium metal is directly used as an anode material, the number of times of charging and discharging is up to several tens of times, which is impractical, so materials such as graphite and carbon, which can be used for a long time, although the single capacity is small, were mainly used. Since metallic lithium does not precipitate, internal short circuits and additional problems due to dendrites do not occur, and thus it can be used stably for a long time. However, since anode materials such as graphite and carbon have a theoretical lithium storage capacity of 372mAhg -1 , which corresponds to 10% of lithium metal, efforts are being made to improve this.
이차전지의 음극 또는 양극의 표면적을 넓히는 것은 가장 경제적이면서 효과적으로 계면 저항을 줄이면서 충방전 및 사이클 특성을 개선할 수 있는 방법이다. 특허문헌 1은 전극 표면에 패턴을 형성하는 방법, 이 방법을 이용해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지에 관한 것으로서 롤러에 패턴을 형성하는 단계; 전극에 활물질을 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 전극을 상기 패턴이 형성된 롤러를 사용하여 압연 공정을 수행하는 단계를 포함하는 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.Increasing the surface area of the negative electrode or positive electrode of a secondary battery is the most economical and effective method for improving charge/discharge and cycle characteristics while reducing interfacial resistance. Patent Document 1 relates to a method of forming a pattern on an electrode surface, an electrode manufactured using this method, and a secondary battery including the electrode, comprising: forming a pattern on a roller; coating the electrode with an active material; and performing a rolling process on the coated electrode using a roller on which the pattern is formed.
특허문헌 2는 이차전지용 전극의 제조 방법으로서, 표면 전반에 걸쳐 0.001~10㎛ 크기의 표면 거칠기(Ra)를 형성하는 몰폴로지를 가지도록 집전체를 표면 처리하는 방법으로서 표면에 패턴이 형성되어 있는 롤러를 집전체에 압연한다. 이를 통해서 전극 활물질과 집전체의 접착력을 높이고자 하였다.Patent Document 2 is a method of manufacturing an electrode for a secondary battery, a method of surface-treating a current collector so as to have a morphology that forms a surface roughness (Ra) of 0.001 to 10 μm over the entire surface, and a pattern is formed on the surface. Roll the roller on the current collector. Through this, it was attempted to increase the adhesion between the electrode active material and the current collector.
그러나 이와 같이 전극이 형성된 이후 압연 공정을 통해서 패턴을 형성하게 되면, 패턴이 형성된 부위(눌리는 부위)와 패턴이 형성되지 않은 부위(눌리지 않은 부위)간의 공극률 차이가 발생한다. 패턴이 형성되지 않은 전극의 표면과 단면은 균일한 공극률을 보이는데 반해(도 1, 2 참조), 전극에 패턴을 형성할 경우 표면의 비표면적은 커지나 내부의 공극률에 차이가 생기는 문제점이 발생한다(도 3, 4 참조). 이로 인해 충방전시 불균일성이 커질 수 있고, 이는 전체적인 전지의 성능 저하 원인이 될 수 있다.However, when the pattern is formed through the rolling process after the electrode is formed in this way, a difference in porosity occurs between the portion where the pattern is formed (the pressed portion) and the portion where the pattern is not formed (the portion that is not pressed). While the surface and cross-section of the electrode on which the pattern is not formed show a uniform porosity (refer to FIGS. 1 and 2), when a pattern is formed on the electrode, the specific surface area of the surface increases, but a problem occurs in the internal porosity (see Figs. 1 and 2). 3, 4). As a result, non-uniformity during charging and discharging may increase, which may cause deterioration of overall battery performance.
한편, 전극의 제조에 있어서 통상적으로 사용되는 용매를 사용하지 않고 전극 제조하는 방법이 관심을 받고 있다. 통상적으로 전극을 제조하기 위해서는 활물질/도전재/바인더/용매를 혼합한 슬러리를 집전체에 코팅 후 압연 과정 및 건조 과정을 거친다. 건조전극(dry electrode)이란 유기용매, 수성용매, 또는 물 등의 용매를 전혀 사용하지 않고, 활물질/도전재/바인더 등을 혼합한 재료를 정전기 등의 인력을 사용해서 집전체에 부착한 후 고온의 압연 롤러를 통해 집전체에 고정하여 제조한 전극을 말한다.On the other hand, a method of manufacturing an electrode without using a solvent commonly used in the manufacture of the electrode is attracting attention. In general, in order to manufacture an electrode, a slurry in which an active material/conductive material/binder/solvent is mixed is coated on a current collector, and then a rolling process and a drying process are performed. Dry electrode does not use organic solvents, aqueous solvents, or solvents such as water at all, and a material mixed with active material/conductive material/binder is attached to the current collector using attractive force such as static electricity and then high temperature It refers to an electrode manufactured by fixing to the current collector through a rolling roller of
단순히 유기 용매를 사용하지 않고 물을 용매로 사용하는 전극도 최근에 관심을 끌고 있으나, 본원 발명에서 언급하는 건조전극은 유기용매는 물론 물도 사용하지 않고 제조한 전극을 말한다.An electrode using water as a solvent without simply using an organic solvent has also recently attracted attention, but the dry electrode referred to in the present invention refers to an electrode manufactured without using an organic solvent as well as water.
비특허문헌 1은 유기용매, 수성용매, 또는 물이 전혀 도입되지 않은 활물질/도전재/바인더를 스프레이 건(정전력 사용)을 사용하여 집전체의 일면에 배치한 후 고온의 압연 롤러를 사용하여 고정하는 방법 및 이를 통해 제조된 전극에 관한 것이다. 비특허문헌 2는 유기용매, 수성용매, 또는 물이 전혀 도입되지 않은 활물질/도전재/바인더를 전기장이 있는 상태에서 집전체의 일면에 배치한 후 고온의 압연 롤러를 사용하여 고정하는 방법 및 이를 통해 제조된 전극에 관한 것이다.Non-Patent Document 1 discloses that an active material/conductive material/binder into which no organic solvent, aqueous solvent, or water is introduced is placed on one side of the current collector using a spray gun (using electrostatic force), and then a high-temperature rolling roller is used. It relates to a method for fixing and an electrode manufactured through the method. Non-Patent Document 2 discloses a method of placing an active material/conductive material/binder into which no organic solvent, aqueous solvent, or water is introduced on one side of a current collector in the presence of an electric field and then fixing it using a high-temperature rolling roller, and It relates to an electrode manufactured through
건조전극은 통상의 전극과는 달리 고온의 압연에 의해서 융착 고정되었기 때문에 집전체와 전극 활물질 사이의 결합력이 높고 집전체의 변형에도 전극 활물질이 쉽게 떨어지지 않는 특징이 있다. 그러나 너무 강한 결합으로 인해서 전해질 등이 쉽게 침투하지 못할 뿐만 아니라, 고온의 압연 롤링에 의해서 표면이 매끄럽게 되어 기존 전극에 비해 오히려 비표면적이 작다는 단점도 있다.Unlike conventional electrodes, since the dry electrode is fused and fixed by high-temperature rolling, the bonding force between the current collector and the electrode active material is high, and the electrode active material does not easily fall off even when the current collector is deformed. However, the electrolyte or the like does not easily penetrate due to too strong bonding, and the surface is smoothed by high-temperature rolling rolling, which has a disadvantage in that the specific surface area is rather small compared to the conventional electrode.
특허문헌 1 또는 2 등 현재까지 전극의 표면에 패턴 등을 형성하여 표면적을 넓히는 연구는 모두 건조전극이 아닌 용매를 사용하여 제조한 종래의 전극에만 시도되었으며, 건조전극에 특성에 맞는 표면적을 넓히기 위한 시도는 이루어지지 않았다.Until now, such as Patent Documents 1 or 2, all studies of increasing the surface area by forming a pattern on the surface of the electrode have been attempted only on conventional electrodes manufactured using solvents, not dry electrodes. No attempt was made.
이상과 같이 본원 발명은 최근에 관심이 높아지고 있는 건조전극의 특성을 고려한 건조전극의 표면적을 추가의 공정 없이 넓히는 방법을 제공하고자 한다.As described above, an object of the present invention is to provide a method of increasing the surface area of a dry electrode without an additional process in consideration of the characteristics of a dry electrode, which has recently been of increasing interest.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1양태는 1) 이차전지 전극 활물질/도전재/바인더 등의 전극 재료를 혼합하는 단계; 2) 상기 혼합된 전극 재료를 유기용매, 수성용매, 또는 물을 도입하지 않은 상태에서 집전체의 적어도 일면에 배치하는 단계; 3) 2) 단계의 적어도 일면에 전극 재료가 배치된 집전체를 표면에 미리 패턴이 형성된 압연 롤러를 사용하여 상기 전극 재료를 상기 집전체에 패턴화하면서 고정하는 단계;를 포함하는 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.A first aspect of the present invention for solving the above problems is: 1) mixing electrode materials such as secondary battery electrode active material / conductive material / binder; 2) disposing the mixed electrode material on at least one surface of the current collector without introducing an organic solvent, an aqueous solvent, or water; 3) a step of fixing the current collector on which the electrode material is disposed on at least one surface of step 2) using a rolling roller having a pattern formed on the surface in advance while patterning the electrode material on the current collector; A method of forming a pattern is provided.
본 발명의 제2양태는 상기 1) 단계에서 상기 활물질은 음극 또는 양극 활물질이며, 상기 전극 재료의 혼합은 유기용매, 수성용매, 또는 물이 사용되지 않는 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a method for forming a pattern on a secondary battery electrode in which the active material is a negative electrode or a positive electrode active material in step 1), and the mixing of the electrode material does not use an organic solvent, an aqueous solvent, or water do.
본 발명의 제3양태는 상기 2) 단계의 집전체의 적어도 일면에 배치하는 단계는 정전기적 인력 또는 전기장이 있는 상태에서 상기 전극 재료를 분사하여 배치하는 것인 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.In the third aspect of the present invention, the step of disposing on at least one surface of the current collector in step 2) is a method of forming a pattern on a secondary battery electrode to be disposed by spraying the electrode material in the presence of an electrostatic attraction or an electric field. provides
본 발명의 제4양태는 상기 압연 롤러에 미리 형성된 패턴은 상기 압연 롤러의 외주면에 양각의 패턴이 형성된 것인 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a method of forming a pattern on a secondary battery electrode in which the pattern previously formed on the rolling roller is a embossed pattern formed on an outer circumferential surface of the rolling roller.
본 발명의 제5양태는 상기 전극에 형성된 패턴의 수평 형상은 다각형, 원형, 또는 타원형이고, 수직 단면은 다각형, 원형, 타원형, 또는 슬릿 형상인 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a method for forming a pattern on a secondary battery electrode in which the horizontal shape of the pattern formed on the electrode is polygonal, circular, or oval, and the vertical cross-section is polygonal, circular, oval, or slit shape.
본 발명의 제6양태는 상기 압연 롤러는 표면 온도가 50℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상인 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.A sixth aspect of the present invention provides a method for forming a pattern on a secondary battery electrode having a surface temperature of 50° C. or higher, preferably 100° C. or higher, and more preferably 200° C. or higher, of the rolling roller.
본 발명의 제7양태는 상기 전극에 패턴을 형성하는 방법을 이용하여 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides an electrode manufactured by using a method of forming a pattern on the electrode and a secondary battery including the same.
본원 발명은 미리 패턴이 형성된 고온의 압연 롤러를 사용하여 전극 재료를 집전체에 고정시킴과 동시에 전극 표면에 패턴을 형성하는 방법 및 이를 통해 제조된 건조전극에 관한 것으로서 추가적인 공정비가 들지 않고, 표면에 형성된 패턴으로 인하여 전극의 비표면적을 효과적으로 넓힐 수 있으며, 이로 인해 더 많은 전해질 이온을 저장하여 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전극 재료의 고정과 동시에 패턴화가 진행됨으로 패턴이 있는 부분과 없는 부분의 공극률에 차이가 없이 균일하다는 장점이 있다.The present invention relates to a method for fixing an electrode material to a current collector and forming a pattern on the surface of the electrode at the same time using a high-temperature rolling roller having a pattern formed in advance, and to a dry electrode manufactured through the method, without additional process costs, and can be applied to the surface Due to the formed pattern, the specific surface area of the electrode can be effectively increased, and thus more electrolyte ions can be stored to improve the performance of the battery. In addition, since patterning proceeds at the same time as the electrode material is fixed, there is an advantage that the porosity of the portion with and without the pattern is uniform without any difference.
도 1 및 도 2는 종래 전극의 표면과 단면을 촬영한 사진이다.
도 3 및 도 4는 종래 전극을 압연 롤러를 사용하여 표면에 패턴을 형성할 경우, 표면의 패턴과 단면을 촬영한 사진이다.
도 5는 본원 발명에 따른 건조전극의 표면에 대한 패터닝 모식도이다.
도 6은 본원 발명에 따른 건조 전극의 제조 단계를 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압연 공정시 사용되는 롤러의 사시도이다.
도 8은 도 7의 롤러를 사용하여 전극의 압연 공정을 수행하는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 패턴의 형태중 하나이다.1 and 2 are photographs of the surface and cross-section of a conventional electrode.
3 and 4 are photographs of the pattern and cross-section of the surface when a pattern is formed on the surface of the electrode using a rolling roller in the prior art.
5 is a patterning schematic diagram of the surface of the dry electrode according to the present invention.
6 is a flowchart illustrating a manufacturing step of a dry electrode according to the present invention.
7 is a perspective view of a roller used during a rolling process according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram of performing a rolling process of an electrode using the roller of FIG. 7 .
9 is one of the shapes of a surface pattern according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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 실시예에 제시된 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor has properly defined the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in Accordingly, the configuration presented in the embodiments described in the present specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, and thus various equivalents and It should be understood that there may be variations.
본 발명은 1) 이차전지 전극 활물질/도전재/바인더 등의 전극 재료를 혼합하는 단계;The present invention comprises the steps of: 1) mixing electrode materials such as secondary battery electrode active material/conductive material/binder;
2) 상기 혼합된 전극 재료를 유기용매, 수성용매, 또는 물을 도입하지 않은 상태에서 집전체의 적어도 일면에 배치하는 단계; 3) 2) 단계의 적어도 일면에 전극 재료가 배치된 집전체를 표면에 미리 패턴이 형성된 압연 롤러를 사용하여 상기 전극 재료를 상기 집전체에 패턴화하면서 고정하는 단계;를 포함하는 이차전지 전극에 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.2) disposing the mixed electrode material on at least one surface of the current collector without introducing an organic solvent, an aqueous solvent, or water; 3) a step of fixing the current collector on which the electrode material is disposed on at least one surface of step 2) using a rolling roller having a pattern formed on the surface in advance while patterning the electrode material on the current collector; A method of forming a pattern is provided.
도 5는 본원 발명의 방법에 따른 패턴화된 건조전극의 모식도이다. 회색 부분이 전극이며, 노란색은 집전체에 해당한다. 본원 발명에 따른 패턴화된 건조전극은 내부에 균일한 공극률을 갖는다는 특징이 있다.5 is a schematic diagram of a patterned dry electrode according to the method of the present invention. The gray part is the electrode, and the yellow part corresponds to the current collector. The patterned dry electrode according to the present invention is characterized in that it has a uniform porosity therein.
본원 발명에 따른 건조전극은 집전층, 접착층, 활물질층을 포함할 수 있다.The dry electrode according to the present invention may include a current collecting layer, an adhesive layer, and an active material layer.
집전층은 알루미늄 등의 도전성 금속에 의해 박막 형태로 형성되어 있다. 상기 집전층의 재질은 알루미늄에 한정하지 않으며, 구리나 은 등의 도전성의 금속으로 형성할 수 있다.The current collecting layer is formed in the form of a thin film of a conductive metal such as aluminum. The material of the current collecting layer is not limited to aluminum, and may be formed of a conductive metal such as copper or silver.
접착층은 집전층과 활물질층 사이에 구비되어 집전층과 활물질층을 접착시키는 역할을 한다. 상기 접착층은 활물질층에서 집전층으로의 전하의 이동을 확보하기 위한 도전성의 접착제일 수 있다.The adhesive layer is provided between the current collecting layer and the active material layer and serves to adhere the current collecting layer and the active material layer. The adhesive layer may be a conductive adhesive for securing the transfer of charges from the active material layer to the current collecting layer.
활물질층은 도전재 및 바인더가 혼합된 상태로 상기 접착층의 상부에 도포되어 형성된 후 고온의 압연 롤러에 의해서 고정된다. 이때, 상기 도포되는 활물질의 종류에 따라 양극판 또는 음극판으로서 기능할 수 있다.The active material layer is formed by applying a conductive material and a binder to the top of the adhesive layer in a mixed state, and then fixed by a high-temperature rolling roller. In this case, it may function as a positive electrode plate or a negative electrode plate depending on the type of the applied active material.
상기 양극판의 활물질로는 리튬을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 사용할 수 있으며, 이 양극 활물질의 대표적인 예로는 리티에이티드 인터칼레이션 산화물로서 구체적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1 -x- yCoxMyO2(0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 리튬 이차 전지에서 양극 활물질로 사용할 수 있는 것은 어떠한 것도 사용 가능하다.As an active material of the positive electrode plate, a positive active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium may be used, and a representative example of the positive active material is a lithiated intercalation oxide, and specific examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , or LiNi 1 -x- y Co x M y O 2 (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M is Al, Sr, a lithium-transition metal oxide such as Mg, La, etc.), but is not limited thereto, and in general, any that can be used as a cathode active material in a lithium secondary battery may be used.
또한, 상기 음극판의 활물질로는 리튬을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 결정성 탄소, 비정질 탄소 또는 탄소 복합체의 탄소 계열 물질을 사용할 수 있고 또는 리튬 금속이나 리튬 합금을 사용할 수도 있다. 이 리튬 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며 일반적으로 리튬 이차 전지에서 음극 활물질로 사용할 수 있는 것은 어떠한 것도 사용 가능하다.In addition, as the active material of the negative electrode plate, a crystalline carbon, amorphous carbon, or carbon-based material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium may be used, or lithium metal or a lithium alloy may be used. . As the lithium alloy, an alloy of lithium and a metal selected from the group consisting of Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al and Sn may be used. Of course, the present invention is not limited thereto, and in general, any material that can be used as an anode active material in a lithium secondary battery may be used.
본 실시 예에 따르면, 건조전극은 활물질층이 형성되어 있는 표면 즉, 전극의 표면이 일정한 패턴의 형상으로 구성되어 있어 비표면적이 넓어짐에 따라 충전시 더 많은 전해질 이온을 저장할 수 있으므로, 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.According to this embodiment, the dry electrode has a surface on which the active material layer is formed, that is, the surface of the electrode is configured in a shape of a certain pattern, so that more electrolyte ions can be stored during charging as the specific surface area is increased, so the performance of the battery can improve
상술한 바와 같이 전극의 표면에 구비된 패턴을 형성하는 방법은 도 6 내지 도 8을 통해 자세히 후술하기로 한다.A method of forming the pattern provided on the surface of the electrode as described above will be described later in detail with reference to FIGS. 6 to 8 .
건조전극은 집전층 즉, 집전체에 접착층, 활물질 층을 차례대로 도포하고 고온의 압연 롤러를 이용하여 이들을 접착 고정한 후, 커터를 이용한 슬리팅 공정 등을 거치는 방식으로 제조된다. 이때, 본 실시 예에 따른 전극의 표면 패턴은 도 6에 도시된 바와 같은 과정을 거쳐 형성된다.The dry electrode is manufactured by applying a current collector layer, that is, an adhesive layer and an active material layer to the current collector in order, adhesively fixing them using a high-temperature rolling roller, and then performing a slitting process using a cutter. At this time, the surface pattern of the electrode according to the present embodiment is formed through a process as shown in FIG. 6 .
먼저, 압연 공정에 사용될 롤러의 외주면에 양각의 패턴을 형성하고, 활물질이 도포된 전극을 준비한다. 이후, 활물질이 도포된 전극을 고온의 롤러에 통과시켜 상기 활물질을 전극에 고정시킨다.First, an embossed pattern is formed on the outer peripheral surface of a roller to be used in a rolling process, and an electrode coated with an active material is prepared. Thereafter, the electrode coated with the active material is passed through a high-temperature roller to fix the active material to the electrode.
이때, 전극의 표면에는 상기 롤러에 형성된 양각의 패턴에 대응되게 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 패턴의 형상은 여러 가지 다양한 형상으로 구현될 수 있다.In this case, a pattern may be formed on the surface of the electrode to correspond to the embossed pattern formed on the roller, and the shape of the pattern may be implemented in a variety of shapes.
상술한 것처럼, 전극의 형성 과정에 포함되는 공정인 압연 공정시 사용되는 롤러의 외주면에 양각 패턴을 형성하고 압연 공정을 진행시킴으로써, 별도로 전극에 패턴을 형성하기 위한 공정(예를 들어, 레이저를 이용하여 전극의 표면에 패턴을 형성하기 위한 공정)이 필요하지 않아 공정비 추가에 따른 제품 단가의 상승을 방지할 수 있다. 또한, 상기 전극에 패턴을 형성하여 전극의 비표면적을 효과적으로 넓힐 수 있으므로 충전시 더 많은 전해질 이온을 저장할 수 있다. 즉, 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, by forming an embossed pattern on the outer circumferential surface of the roller used in the rolling process, which is a process included in the process of forming the electrode, and proceeding with the rolling process, a process for forming a pattern on the electrode separately (for example, using a laser Therefore, a process for forming a pattern on the surface of the electrode) is not required, so it is possible to prevent an increase in product cost due to an additional process cost. In addition, since the specific surface area of the electrode can be effectively increased by forming a pattern on the electrode, more electrolyte ions can be stored during charging. That is, the performance of the battery can be improved.
본 발명의 실시 예에 따른 전극의 표면에 패턴을 형성하는 압연 공정은 도 7에 도시된 바와 같은 롤러를 사용하여 도 8에 도시된 바와 같이 수행할 수 있다.The rolling process of forming a pattern on the surface of the electrode according to an embodiment of the present invention may be performed as shown in FIG. 8 using a roller as shown in FIG. 7 .
집전체의 표면에 도포된 활물질(가장 큰 청색의 원), 바인더(회색의 원), 도전재(가장 작은 검정색 원)은 균일하게 분포하고 있는 상태에서 고온의 압연 롤러에 의해 압축됨으로써, 바인더가 활물질과 도전재를 결합하게 되며 표면에는 패턴이 형성된다.The active material (the largest blue circle), the binder (the gray circle), and the conductive material (the smallest black circle) applied to the surface of the current collector are uniformly distributed and compressed by a high-temperature rolling roller, so that the binder is The active material and the conductive material are combined, and a pattern is formed on the surface.
압연 공정은 활물질이 도포된 전극을 회전하는 고온의 롤러 사이로 통과시킴으로써 수행할 수 있다. 압연 공정은 활물질을 압축하여 용량 밀도를 높이고, 활물질과 바인더 및 집전체와 활물질 사이의 접착성을 높이는 작업이다.The rolling process may be performed by passing the electrode coated with the active material between the rotating high-temperature rollers. The rolling process is an operation to increase the capacity density by compressing the active material, and to increase the adhesion between the active material and the binder and the current collector and the active material.
상기 압연 롤러는 표면 온도가 50℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상이다.The rolling roller has a surface temperature of 50°C or higher, preferably 100°C or higher, more preferably 200°C or higher.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 압연 공정은 상기 공정에 사용되는 롤러에 양각의 패턴을 형성하고, 활물질이 도포된 전극을 상기 회전하는 롤러에 통과시켜 전극의 표면에 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 상기 롤러는 1개만 구비하여 전극의 한면에만 패턴을 형성할 수도 있고, 2개를 구비하여 전극의 양면에 패턴을 형성할 수도 있다. 또는, 본 발명의 실시 예처럼 롤러를 2개 구비하되 하나의 롤러에만 패턴을 형성하여 활물질이 도포된 전극의 면에만 패턴을 형성할 수 있다.7 and 8, in the rolling process according to an embodiment of the present invention, an embossed pattern is formed on the roller used in the process, and the electrode coated with the active material is passed through the rotating roller to the surface of the electrode. pattern can be formed. In this case, the roller may be provided with only one roller to form a pattern on only one surface of the electrode, or two rollers may be provided to form a pattern on both surfaces of the electrode. Alternatively, as in the embodiment of the present invention, the pattern may be formed only on the surface of the electrode coated with the active material by providing two rollers but forming a pattern on only one roller.
본 발명의 실시 예에 따른 전극의 표면에 형성되는 패턴은 도 9와 같은 형상으로 형성될 수 있으며, 패턴의 수평 모양은 이에 한하지 않고 다각형, 원형, 또는 타원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 패턴의 수직 단면은 다각형, 원형, 타원형, 또는 슬릿 형태로 변형할 수 있다..The pattern formed on the surface of the electrode according to an embodiment of the present invention may be formed in the shape shown in FIG. 9, and the horizontal shape of the pattern is not limited thereto, and may be formed in various shapes such as polygons, circles, or ovals. In addition, the vertical cross section of the pattern can be deformed into a polygonal, circular, oval, or slit shape.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면 전극의 표면에 패턴을 형성하고자 할 경우, 패턴 형성을 위한 추가적인 공정이 필요치 않아 불필요한 공정에 따른 공정비가 들지 않는다는 장점이 있다. 효과적으로 전극의 비표면적을 넓힐 수 있어, 전지의 충전시 더 많은 전해질 이온을 저장할 수 있으므로 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, when a pattern is to be formed on the surface of an electrode, an additional process for forming the pattern is not required, so there is an advantage in that there is no process cost due to an unnecessary process. Since the specific surface area of the electrode can be effectively increased, more electrolyte ions can be stored during charging of the battery, thereby improving the performance of the battery.
상술한 바와 같이 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법을 포함한 전극의 제조 공정을 통해 전극을 제조할 수 있으며 또한, 이차 전지는 본 발명의 실시 예에 따라 표면에 패턴이 형성된 상기 전극을 포함하여 형성될 수 있다.As described above, an electrode can be manufactured through an electrode manufacturing process including a method of forming a pattern on the surface of the electrode, and a secondary battery is formed including the electrode having a pattern formed on the surface according to an embodiment of the present invention. can be
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is not limited by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention and equivalents of the claims to be described below by those of ordinary skill in the art.
Claims (8)
2) 상기 혼합된 건조전극용 전극 재료를 용매를 사용하지 않은 상태에서 집전체의 적어도 일면에 배치하는 단계; 및
3) 2) 단계의 적어도 일면에 전극 재료가 배치된 집전체를 표면에 미리 패턴이 형성된 압연 롤러를 사용하여 상기 전극 재료를 상기 집전체에 패턴화하면서 고정하는 단계;를
포함하고,
상기 1) 단계에서 상기 활물질은 음극 또는 양극 활물질이며,
상기 2) 단계의 집전체의 적어도 일면에 배치하는 단계는 정전기적 인력 또는 전기장이 있는 상태에서 상기 건조전극용 전극 재료를 분사하여 배치하는 단계이고,
상기 압연 롤러는 표면 온도가 50℃이상이며,
상기 3) 단계에서 패턴화하여 고정된 건조전극은 패턴이 있는 부분과 없는 부분의 공극률에 차이가 없이 균일한 형태인 건조전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법.1) mixing an electrode material for a dry electrode including a secondary battery electrode active material/conductive material/binder without using a solvent;
2) disposing the mixed electrode material for a dry electrode on at least one surface of the current collector in a state where a solvent is not used; and
3) fixing the current collector on which the electrode material is disposed on at least one surface of step 2) while patterning the electrode material to the current collector using a rolling roller having a pattern formed on the surface in advance;
including,
In step 1), the active material is a negative electrode or a positive electrode active material,
The step of disposing on at least one surface of the current collector in step 2) is a step of disposing the electrode material for the dry electrode in the presence of an electrostatic attraction or an electric field,
The rolling roller has a surface temperature of 50 ° C or higher,
A method of forming a pattern on the surface of the dry electrode in which the patterned and fixed dry electrode in step 3) has a uniform shape without any difference in porosity between the patterned portion and the non-patterned portion.
상기 압연 롤러에 미리 형성된 패턴은 상기 압연 롤러의 외주면에 양각의 패턴이 형성된 것인 건조전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법.According to claim 1,
The pattern formed in advance on the rolling roller is a method of forming a pattern on the surface of the drying electrode in which an embossed pattern is formed on the outer peripheral surface of the rolling roller.
상기 건조전극에 형성된 패턴의 수평 형상은 다각형, 원형, 또는 타원형이고, 수직 단면은 다각형, 원형, 타원형, 또는 슬릿 형상인 건조전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법.According to claim 1,
A method of forming a pattern on the surface of the dry electrode in which the horizontal shape of the pattern formed on the dry electrode is polygonal, circular, or oval, and the vertical cross-section is polygonal, circular, oval, or slit-shaped.
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