KR102376138B1 - 고로딩 전극 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 둘 이상의 전극 집전체를 이격되게 포함하고 있고 상기 전극 집전체 각각의 양면에 형성되어 있는 전극 활물질층을 포함하며 고로딩량을 갖는 고로딩 전극 및 그의 제조방법을 제공한다.

Description

고로딩 전극 및 그의 제조방법 {High loading electrodes and method of making the same}
본 발명은 고로딩 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
현재 적용되고 있는 이차 전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차 전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지에서 사용되는 전극조립체의 개략적인 단면이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 양극 활물질(100)이 양극 집전체(110)의 양면에 도포되어 양극을 구성하고, 음극 활물질(300)이 음극 활물질(310)의 양면에 도포되어 음극을 구성하며, 상기 양극과 음극 사이에는 세퍼레이터(200)가 개재되어 있다. 통상적으로 양극 집전체로는 알루미늄 호일이 사용되고, 음극 집전체로는 구리 호일이 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전극 활물질층은 전극 활물질층에 포함되어 있는 바인더 고분자로 인해 전극 집전체에 결합되어 있을 수 있으며, 상기 결합을 향상시키기 위해 전극 집전체에 요철을 형성시키기는 경우도 있다. 그러나, 이러한 노력에도 불구하고, 종래의 구리, 알루미늄, 니켈, 철 등과 같은 집전체에 도포된 전극 활물질층은, 반복되는 충방전으로 인해 집전체로부터 박리되는 문제점이 발생하게 되며, 특히 고온에서 충방전을 진행하는 경우 상기 문제점이 가속화되어 전지의 성능 저하가 야기되었다.
한편, 리튬이차전지의 용도가 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등으로 확장됨에 따라, 고에너지 이차전지가 필요한 실정이다. 그러나, 현 기술에 의해서는 상기 집전체에 로딩될 수 있는 전극 활물질량이 한정되어 있어, 고에너지 밀도 이차전지를 개발하는데 있어 한계에 직면하였다.
본 발명에서는 전극집전체에 대한 전극 활물질층 결착력이 우수한 전극의 제조방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 고에너지 밀도를 구현할 수 있는 고로딩 전극의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 제조방법으로부터 제조된 고로딩 전극을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 활물질층 구조가 파괴되지 않고 활물질이 열화되지 않은 고로딩 전극을 제공하고자 한다.
본원 명세서에서는 양극 집전체 각각의 양면에 형성되어 있는 양극 활물질층을 포함하며 700 mg/25 cm2 이상 또는 750 mg/25 cm2 이상 또는 800 mg/25 cm2 이상의 로딩량을 갖는 양극을 "고로딩" 양극이라고 지칭한다.
본원 명세서에서는 음극 집전체 각각의 양면에 형성되어 있는 음극 활물질층을 포함하며 300 mg/25 cm2 이상 또는 350 mg/25 cm2 이상 또는 400 mg/25 cm2 이상의 로딩량을 갖는 음극을 "고로딩"음극이라고 지칭한다.
또한, 본원 명세서에서는 양극과 음극을 통틀어 전극이라고 지칭한다.
본원 명세서에서 '접착'은 바인더 고분자에 의해 두(2) 표면이 결합되어 있는 것을 의미하는 것으로, 단순한 적층 혹은 라미네이션(lamination)과는 구분되는 개념으로 이해한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체, 및 상기 제1 전극집전체의 양면에 형성된 제1 전극 활물질층과, 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체, 및 상기 제2 전극집전체의 양면에 형성된 제2 전극 활물질층이 적층되어 있고, 상기 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층의 적층면은 접착되어 있으며, 상기 접착은, 제1 전극 활물질층 표면 혹은 제2 전극 활물질층 표면 혹은 이들 둘다에 있는 바인더 고분자 용액에 의해 이루어지는 것임을 특징으로 하는 고로딩 전극이 제공된다.
상기에서, 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층 사이에는 2개의 고체상에 의해 형성된 계면이 있을 수 있다.
상기 고로딩 전극은, (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계, (S2) 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체, 및 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체 각각에 상기 슬러리를 도포하여 건조시켜서 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 형성시키는 단계, 및 (S3) 제1 전극활물질층과 제2 전극활물질층에서 접착되어질 표면(surface) 한쪽 혹은 표면 양쪽에 접합 용매를 분사하고, 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 적층하여 접착시키는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기에서 접합 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드 또는 테트라히드로퓨란일 수 있다.
또는, 상기 접합 용매는 슬러리에 사용된 용매와 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 전극은, (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계,
(S2) 제1 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체에 슬러리를 코팅하고 건조시켜서 제1 활물질층을 형성하는 단계, (S3) 제1 활물질층 상에 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체를 적층하고, 여기에 슬러리를 더 도포하고 건조시켜서 제2 활물질층을 형성시키는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
도 1은 일반적인 전극조립체를 개략적으로 나타낸 단면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 전극조립체를 개략적으로 나타낸 단면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에서 사용가능한 금속 메쉬 형태의 전극집전체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에서 사용가능한 금속 포움 형태의 전극집전체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 둘 이상의 전극 집전체를 이격되게 포함하고 있고 상기 전극 집전체 각각의 양면에 형성되어 있는 전극 활물질층을 포함하는 전극이 제공된다. 상기 전극은 양극의 경우에는 700 mg / 25 cm2 이상의 로딩량으로 활물질을 포함할 수 있고, 탄소재 음극의 경우에는 300 mg/25 cm2 이상의 로딩량으로 활물질을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 전극조립체의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2를 살펴보면, 양극은 2개의 양극 집전체(110, 110')를 이격된 상태로 포함하며, 상기 양극 집전체 각각의 양면에 양극 활물질층(100)이 형성되어 있다. 또한, 음극은 2개의 음극 집전체(310, 310')를 이격된 상태로 포함하며, 상기 음극 집전체 각각의 양면에 음극 활물질층(300)이 형성되어 있다. 또한, 상기 양극과 음극 사이에는 분리막(200)이 개재되어 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 전극은 전극집전체를 둘 이상 포함할 수 있으며, 상기 각각의 전극집전체는 5 내지 50 ㎛ 또는 5 내지 20 ㎛ 또는 8 내지 15 ㎛ 의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 전극에 사용된 전극집전체 두께를 모두 합할 때 전극집전체의 두께는 전극 두께의 5 내지 50 %인 것이 전극활물질 결착 및 전극활물질의 고로딩 측면에서 바람직하다.
상기 전극집전체는 구리, 알루미늄, 니켈, 철 등과 같이 당업계에서 통상적으로 사용되는 전극집전체 소재로 이루어질 수 있다.
상기 전극집전체는 금속 박판 상에 미세한 요철이 형성되어 있거나, 표면이 메쉬스크린(mesh screen) 형상으로 이루어져 있거나, 또는 금속 박판 상에 복수 개의 구멍이 타공되어 있는 것일 수 있고, 구체적으로 금속 박판 상에 복수 개의 구멍이 타공되어 있는 것일 수 있으며, 본 발명의 명세서에 있어서, 상기 금속 박판은 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 또는 부직포체 등의 형태일 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 전극집전체를 평면상으로 놓고 봤을 때, 메쉬는 금속 메쉬 박판에 타공되어 있는 구멍(hole) 형태이거나 또는 와이어가 직조되면서 형성된 구멍 형태일 수 있으며, 상기 메쉬를 통하여 전해액 및 리튬 이온이 이동할 수 있게 된다.
도 3a에는 본 발명에서 사용가능한 금속 메쉬(mesh) 형태의 전극집전체가 예시되어 있으며, 도 3b에는 상기 전극집전체가 적층된 형태(전극 활물질층은 도시되지 않음)가 도시되어 있다.
상기 전극집전체를 구성하는 와이어(wire)의 단면은 원형, 사각형, 삼각형, 다각형 및 스트라이프형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 상기 와이어는 5 내지 50㎛, 바람직하게는 5 내지 20㎛, 예컨대, 8 내지 15 ㎛ 범위의 직경을 갖는 것일 수 있고, 이로부터 제조된 금속 메쉬는 예컨대 100 mesh일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 와이어 표면에는 전극활물질과의 접촉 표면적을 증가시키기 위해 복수개의 요철부가 구비될 수 있다. 상기 요철의 직경은 50 내지 100 nm일 수 있으며, 깊이는 와이어 두께의 1/500 내지 1/100일 수 있다.
도 4a에는 본 발명에서 사용가능한 금속 포움(foam) 형태의 전극집전체가 예시되어 있으며, 도 4b에는 상기 전극집전체가 적층된 형태(전극 활물질층은 도시되지 않음)가 도시되어 있다. 메쉬 형태의 전극집전체가 비록 일정한 두께를 갖지만 2차원 형태에 근접한 반면, 본원 명세서에서 포움 형태의 전극집전체라 함은 3차원의 입체적 형상을 갖는 전극집전체를 의미하는 것으로 이해한다.
본 발명에서 메쉬 형태 혹은 포움 형태의 전극집전체는 격자 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조를 가짐으로써 전극 활물질을 보다 견고하게 지지하면서, 전자의 원활한 이동이 가능하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체, 및 상기 제1 전극집전체의 양면에 형성된 제1 전극 활물질층과, 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체, 및 상기 제2 전극집전체의 양면에 형성된 제2 전극 활물질층이 적층되어 있고, 상기 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층의 적층면은 접착되어 있으며, 상기 접착은, 접착이 이루어지는 제1 전극 활물질층 표면 혹은 제2 전극 활물질층 표면 혹은 이들 둘다에 있는 바인더 고분자 용액에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 고로딩 전극이 제공된다.
바람직하게, 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층 각각이 건조된 후에 적층되어 접착되는 경우, 상기 활물질층 사이에는 2개의 고체상에 의한 계면이 형성되며, 각각의 활물질층이 건조된 후에 적층 접착되기 때문에 슬러리 도포에 의해 발생할 수 있는 활물질층 구조 무너짐과 같은 문제점이 발생하지 않게 된다.
본원 명세서에서 '2개의 고체상에 의한 계면'이라 함은 예컨대, 제1 활물질층과 제2 활물질층이 각각 슬러리 상태에서 건조되어 고체 상태로 된 후에 적층, 접착되어 형성된 계면을 의미하는 것으로 이해한다. 이와 달리, 예컨대, 건조되어 고체 상태로 된 제1 활물질층 상에 슬러리가 더 도포되어 제2 활물질층으로 형성되는 경우에 발생하는 계면은 '2개의 고체상에 의한 계면'에 해당하지 않는 것으로 이해하는데, 이 경우에는 제1 활물질층 상에 도포된 슬러리의 일부 구성요소, 예컨대, 활물질, 바인더 고분자 및/또는 용매가 제1 활물질층 내부 혹은 제1 활물질층 공극으로 침투하면서 상이한 형태의 계면을 형성하기 때문이다.
본 발명의 다른 양태에서는 상기 고로딩 전극의 제조방법이 제공되며, (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계, (S2) 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체, 및 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체 각각에 상기 슬러리를 도포하여 건조시켜서 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 형성시키는 단계, 및 (S3) 제1 전극활물질층과 제2 전극활물질층에서 접착되어질 표면(surface) 한쪽 혹은 표면 양쪽에 접합 용매를 분사하고, 제2 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 적층하여 접착시키는 단계를 포함하는 고로딩 전극의 제조방법이 제공된다.
본원 명세서에서 '건조'라 함은 슬러리에 함유된 용매가 전혀 혹은 실질적으로 남아있지 않은 상태를 의미하는 것으로 이해한다.
접합 용매를 사용하는 방법에 의할 경우, 용매 분사에 의해 하부 활물질층 표층에 있는 바인더 고분자가 용해 또는 용융되어 상부 활물질층과의 접합력을 향상시키게 되므로, 바인더 마이그레이션에 의해 활물질층-집전체 결착력이 저하되는 문제점이 해소되면서도, 상부 활물질층과 하부 활물질층간의 계면 문제점이 접합 용매로 인해 최소화되는 이점을 갖는다.
상기에서 접합 용매로 사용되는 용매는 슬러리에 사용된 용매와 동일하거나 상이할 수 있다. 슬러리에 사용된 용매가 접합 용매로 사용되는 것이 보다 바람직하다. 즉, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드 또는 테트라히드로퓨란일 수 있다.
또한, 본원 명세서에서 '분사'라 함은 접합 용매의 분사에 의해, 건조된 활물질층의 표층 부분만이 접합 용매에 의해 젖는 정도를 의미하는 것으로 이해한다.
상기 접합 용매는 상부 활물질층과 접착될 하부 활물질층 표면 및/또는 하부 활물질층과 접착될 상부 활물질층 표면에 있는 바인더 고분자를 용해시켜 바인더 고분자 용액으로 형성시킴으로써 접착력을 향상시키되, 상기 바인더 고분자에 의해 활물질층 구조가 손상되지 않는 양(amount)으로 활물질층 표면에 적용되어야 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 양태에서는 상기 용매가 증기 상태로 있는 챔버에 활물질층을 통과시키거나 혹은 활물질층 표면에 상기 용매를 분사시킴으로써 활물질층 표층에 있는 바인더 고분자가 용해되도록 할 수 있다. 이 때, 챔버에 머무르는 시간은 용매 증기에 의해 활물질층 표면의 바인더 고분자가 용해되는 정도로 설정한다.
이어서, 상기 접합 용매가 건조되기 전에 상부 활물질층을 적층하여 접합시킬 수 있다.
다른 방법에서는, (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계, (S2) 제1 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체에 슬러리를 코팅하고 건조시켜서 제1 활물질층을 형성하는 단계, (S3) 제1 활물질층 상에 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체를 적층하고, 여기에 상기 슬러리를 더 도포하고 건조시켜서 제2 활물질층을 형성시키는 단계를 포함하는, 고로딩 전극의 제조방법이 제공된다. 이 방법에 의할 경우, 건조된 하부 활물질층 상에 제2 전극집전체가 놓이게 되므로, 건조되지 않은 슬러리에 놓이는 경우에 제2 전극집전체가 공정동안 평형을 잃는 문제점이 방지될 수 있다.
또 다른 방법에서는 (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 슬러리 일정량을 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제1 전극집전체에 코팅하고, 금속 메쉬 혹은 포움 형태의 제2 전극집전체를 적층하고, 건조시키는 단계, 및 (S2) 상기 슬러리 일정량을 제2 전극집전체 상에 추가로 코팅하고, 메쉬 혹은 포움 형태의 제3 전극집전체를 적층하고, 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 전극 활물질층의 활물질 도포 영역을 형성하는데 사용되는 전극 슬러리는 특별히 한정되지 않고 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질 및 음극 활물질 각각에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 전극 슬러리를 제조할 수 있다.
전극 슬러리를 전극 집전체 상에 코팅(도포)하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지의 방법 중에 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 전극 슬러리를 전극 집전체 상에 고르게 도포하는 방법으로 전극 슬러리를 집전체 위에 분배시킨 후, 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시킬 수 있다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수 있다. 이 밖에 다이캐스팅, 콤마코팅, 스크린 프린팅 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 격벽 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다.
상기 양극 활물질로는 특별히 한정되지 않고 양극 활물질로 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하고, 그 대표적인 예로는 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
음극 활물질로는 특별히 한정되지 않고 음극 활물질로 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있다.
용매로는 통상적으로 비수계 용매가 사용될 수 있다. 비수계 용매로는 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바인더 고분자로는 당분야에서 사용되는 것이 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용할 수 있다.
도전재는 전자 전도성을 향상시키는 물질로서, 흑연계 도전재, 카본 블랙계 도전재, 금속 또는 금속 화합물계 도전재로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 흑연계 도전재의 예로는 인조흑연, 천연흑연 등이 있으며, 카본 블랙계 도전재의 예로는 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙(ketjen black), 덴카 블랙(denka black), 써멀 블랙(thermal black), 채널 블랙(channel black) 등이 있으며, 금속계 또는 금속 화합물계 도전재의 예로는 주석, 산화주석, 인산주석(SnPO4), 산화티타늄, 티탄산칼륨, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질이 있다. 그러나 상기 열거된 도전재에 한정되는 것은 아니다.
증점제는 활물질 슬러리의 점도조절 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 카르복시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 등이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
<양극 제조>
실시예 1-1: 양극 제조
양극 활물질로서 LiCoO2 98.6 중량%, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 1.0중량%, 그리고 도전재로서 카본 나노 튜브 0.4 중량%를 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 활물질 층 형성용 조성물을 제조하였다.
두께 8 ㎛의 알루미늄 재질의 집전체(제 1 집전체)의 양면에 상기 양극 활물질층 형성용 조성물 350 mg/25 cm2 을 도포하고 120 ℃에서 건조시켰다. 이어서, 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물에 또 다른 두께 10 ㎛의 알루미늄 재질의 그물형
집전체(제 2 집전체)를 적층하고 제 2 집전체 상에 양극 활물질 층 형성용 조성물
350 mg/25 cm2 을 더 도포하고, 120 ℃에서 건조시켰다.
실시예 1-2: 리튬이차전지 제조
상기 양극의 대극(counter electrode)으로 금속 리튬을 사용하여 파우치 타입의 반쪽 전지를 제작하였다. 이때 전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피비가 3:7 인 혼합 용액에 1 M 농도의 LiPF6 이용해된 것을 사용하였다.
실시예 2-1: 음극의 제조
음극 활물질로서 인조 흑연 95.6 중량%, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 1.4중량%, 증점제로서 카복시 메틸 셀룰로오즈 2.5 중량% 및 도전재로서 카본 블랙0.5 중량%를 혼합한 다음, 물에 분산시켜 음극 활물질 층 형성용 조성물을 제조하였다.
두께 10 ㎛의 구리 재질의 집전체(제 1 집전체)의 양면에 상기 음극 활물질 층 형성용 조성물 150 mg/25 cm2 을 도포하고 100 ℃에서 건조시켰다. 이어서, 상기 음극 활물질 층 형성용 조성물에 또 다른 두께 10 ㎛의 구리 재질의 그물형 집전체(제 2 집전체)를 적층하고, 제 2 집전체 상에 음극 활물질 층 형성용 조성물 150 mg/25 cm2 을 더 도포하고 건조시켰다.
실시예 2-2: 리튬이차전지 제조
상기 음극의 대극(counter electrode)으로 금속 리튬을 사용하여 파우치 타입의 반쪽 전지를 제작하였다. 이때 전해액으로는 에틸렌카보네이트(EC)와 디메틸카보네이트(DMC)의 혼합 부피비가 3:7 인 혼합 용액에 1 M 농도의 LiPF6 이 용해된 것을 사용하였다.
비교예 1-1: 양극의 제조
실시예 1 에서 사용된 양극 활물질 층 형성용 조성 양을, 두께 8 ㎛의 알루미늄 재질의 집전체에 한번에 도포하고 건조시켜서 양극을 제조하였다.
비교예 1-2: 리튬이차전지 제조
비교예 1-1 의 양극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-2 와 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.
비교예 2-1: 음극의 제조
실시예 2-1 에서 사용된 음극 활물질 층 형성용 조성 양을, 두께 10 ㎛의 구리 재질의 집전체에 한번에 도포하고 건조시켜서 음극을 제조하였다.
비교예 2-2: 리튬이차전지의 제조
비교예 2-1 의 음극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 2-2 와 동일한 방법으로 리튬이차전지를 제조하였다.
평가예 1: 전지 성능 관련 평가방법 및 평가결과
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 전지를 이용하여 충방전 효율을 평가하였다. 실시예 1 및 비교예 1의 전지에 대해서는 1st 사이클로 0.2C로 4.45V까지 정전류로 충전하고, 3V까지 정전류로 방전하여 초기 충방전 효율을 측정하였다. 또한, 실시예 2 및 비교예 2의 전지에 대해서는 1st 사이클로 0.2C로 0.05V까지 정전류로 충전하고, 3V까지 정전류로 방전하여 초기 충방전 효율을 측정하고 표 1에 기재하였다. 본 발명에 있어서,초기 충방전 효율은 하기와 같이 정의된다.
초기 충방전 효율(%)=[1st 사이클 방전용량/1st 사이클 충전용량] X 100
충전(mAh/g) 방전(mAh/g) Eff. (%)
실시예 1 186.0 181.5 97.6
실시예 2 378.2 351.0 92.8
비교예 1 185.7 178.9 96.3
비교예 2 377.8 349.6 92.5
상기로부터, 본원 실시예 1~2에 따른 양극 및 음극은 고로딩량 활물질을 구비하고 있음에도 우수한 충방전 효율을 나타내었다. 특히, 양극에서의 충방전 효율 개선이 현저하였으며, 비교예 1~2와 비교할 때 동일 소재의 활물질 및 슬러리 조성을 사용한 점을 고려할 때 더욱 주목할 만한 효과이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. (S1) 전극 활물질, 도전재, 바인더 고분자 및 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 단계,
    (S2) 금속 메쉬 혹은 금속 포움 형태의 제1 전극집전체, 및 금속 메쉬 혹은 금속 포움 형태의 제2 전극집전체 각각에 상기 슬러리를 도포하여 건조시켜서 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 형성시키는 단계, 및
    (S3) 제1 전극활물질층과 제2 전극활물질층에서 접착되어질 표면(surface) 한쪽 혹은 표면 양쪽에 접합 용매를 분사하고, 상기 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층을 적층하고, 상기 접합 용매가 바인더 고분자를 용해시켜 바인더 고분자 용액을 형성함으로써 상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층을 접착시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극집전체와 상기 제2 전극집전체는 금속 메쉬 혹은 금속 포움이 가로세로로 일정한 간격으로 직각이 되게 이루어진 격자 구조를 가지는, 고로딩 전극의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접합 용매가 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N,N-디메틸아미노프로필아민, 에틸렌옥사이드 또는 테트라히드로퓨란인 것임을 특징으로 하는 고로딩 전극의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 접합 용매가 슬러리에 사용된 용매와 동일한 것을 특징으로 하는 고로딩 전극의 제조방법.
  6. 삭제
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