KR102613287B1 - Method for Manufacturing an Electrode in which a Carbon nanotube is Applied as a Conductive Material, an Electrode Manufactured by the Method, and a Secondary Battery Including the Electrode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도전재로서 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 적용한 전극의 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전극의 제조방법은, (a) 전극 활물질, 도전재, 바인더를 분산매에 분산시켜 제조하되 도전재로서 탄소나노튜브(탄소나노튜브)를 사용하는 전극 활물질 슬러리의 제조 단계; (b) 상기 전극 활물질 슬러리를 건조하여 분산매를 제거함으로써 탄소나노튜브가 표면에 덮여져 있는 활물질 분말을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 활물질 분말을 집전체의 일면 또는 양면에 도포 및 가압하여 전극을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 제조된 전극은 적은 도전재 함량으로도 뛰어난 도전 성능을 기본적으로 가지면서도, 바인더 분포가 균일하여 전극의 접착력이 향상되고 고출력, 급속 충전 특성 등이 향상될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode using carbon nanotubes (CNT) as a conductive material, an electrode manufactured thereby, and a secondary battery including this electrode. The method for manufacturing an electrode according to the present invention is ( a) manufacturing step of an electrode active material slurry prepared by dispersing an electrode active material, a conductive material, and a binder in a dispersion medium, and using carbon nanotubes (carbon nanotubes) as a conductive material; (b) drying the electrode active material slurry to remove the dispersion medium to prepare an active material powder whose surface is covered with carbon nanotubes; and (c) manufacturing an electrode by applying and pressing the active material powder to one or both sides of a current collector. The electrode manufactured in this way basically has excellent conductive performance even with a small content of conductive material, and the binder distribution is uniform, which improves the adhesion of the electrode and improves high output and rapid charging characteristics.

Description

도전재로서 탄소나노튜브를 적용한 전극의 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지{Method for Manufacturing an Electrode in which a Carbon nanotube is Applied as a Conductive Material, an Electrode Manufactured by the Method, and a Secondary Battery Including the Electrode}Method for manufacturing an electrode using carbon nanotubes as a conductive material, an electrode manufactured thereby, and a secondary battery including the electrode , and a Secondary Battery Including the Electrode}

본 발명은 도전재로서 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 적용한 전극의 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구형 도전재 대신 탄소나노튜브를 사용함으로써 적은 함량으로도 뛰어난 도전 성능을 기본적으로 가지면서도 습식 제법의 전극에 비해 두께 방향으로의 바인더 분포가 균일하여 고출력, 급속 충전 특성 등이 향상되는 전극을 효율적으로 제조할 수 있는 전극의 건식 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an electrode using carbon nanotubes (Carbon nanotubes, CNT) as a conductive material, an electrode manufactured thereby, and a secondary battery containing this electrode. More specifically, it relates to a method of manufacturing an electrode using carbon nanotubes (CNTs) as a conductive material. By using a dry method of electrodes, it is possible to efficiently manufacture electrodes that basically have excellent conductive performance even with a small content, but also improve high output and rapid charging characteristics due to uniform binder distribution in the thickness direction compared to electrodes made by wet manufacturing methods. It is about manufacturing method.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as the demand for portable electronic products such as laptops, video cameras, and portable phones has rapidly increased, and as the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, and satellites has begun, high-performance secondary batteries capable of repeated charging and discharging have been developed. Research is actively underway.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. Currently commercialized secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among these, lithium secondary batteries have little memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so they can be freely charged and discharged. It is receiving attention for its extremely low self-discharge rate and high energy density.

일반적으로, 리튬 이차전지는 전극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극과 카본계 활물질을 포함하는 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체에 리튬 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 통상적으로, 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 합제를 알루미늄 호일 등의 집전체에 코팅 및 건조하여 제조되며, 음극은 카본계 활물질을 포함하는 음극 합제를 구리 호일 등의 집전체에 코팅 및 건조하여 제조된다.Generally, a lithium secondary battery has a structure in which a lithium electrolyte is impregnated in an electrode assembly consisting of a positive electrode containing lithium transition metal oxide as an electrode active material, a negative electrode containing a carbon-based active material, and a separator. Typically, the positive electrode is manufactured by coating and drying a positive electrode mixture containing lithium transition metal oxide on a current collector such as aluminum foil, and the negative electrode is manufactured by coating and drying the negative electrode mixture containing a carbon-based active material on a current collector such as copper foil. It is manufactured.

일반적으로 고밀도 전극은 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 크기를 갖는 전극 활물질 입자를 고압 프레스에 의해 성형하여 성형되므로, 입자들이 변형되고 입자들 사이에 공간이 감소되며, 전해액 침투성이 저하되기 쉽다. In general, high-density electrodes are formed by molding electrode active material particles having a size of several ㎛ to tens of ㎛ using a high-pressure press, so the particles are deformed, the space between the particles is reduced, and electrolyte permeability is likely to be reduced.

이 같은 문제를 해결하기 위해, 전극의 제조시 우수한 전기전도성과 강도를 갖는 도전재를 사용하고 있다. 전극 제조시 도전재를 사용할 경우 상기 도전재가 압축된 전극 활물질 사이에 분산됨으로써 활물질 입자들 사이에 미세기공을 유지하여 전해액의 침투가 용이하며, 우수한 전도성으로 전극 내 저항을 감소시킬 수 있다. To solve this problem, conductive materials with excellent electrical conductivity and strength are used when manufacturing electrodes. When using a conductive material when manufacturing an electrode, the conductive material is dispersed between compressed electrode active materials, thereby maintaining micropores between the active material particles, facilitating penetration of the electrolyte solution, and reducing resistance within the electrode due to excellent conductivity.

상기 도전재로는, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으며, 이와 같은 도전재 중에서도 전극내 전기적 도전 경로를 형성함으로써 전극 저항을 더욱 감소시킬 수 있는 섬유형 탄소계 도전재인 탄소나노튜브의 사용이 증가하고 있다.Examples of the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Carbon derivatives such as carbon nanotubes and fullerene, conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used, and among these conductive materials, the use of carbon nanotubes, a fibrous carbon-based conductive material that can further reduce electrode resistance by forming an electrically conductive path within the electrode, is increasing. .

미세 탄소섬유의 일종인 탄소나노튜브는 직경 1μm 이하 굵기의 튜브형 탄소로서, 그 특이적 구조에 기인한 높은 도전성, 인장 강도 및 내열성 등으로 인해 다양한 분야로의 적용 및 실용화가 기대되고 있다. Carbon nanotubes, a type of fine carbon fiber, are tubular carbon with a diameter of 1 μm or less, and are expected to be applied and commercialized in various fields due to high conductivity, tensile strength, and heat resistance due to their specific structure.

도전재로서 탄소나노튜브를 적용하여 전극을 제조하는 경우에도, 통상적인 전극의 제조방법에서와 같이 전극 활물질, 도전재, 바인더 등을 분산매에 분산시켜 조제한 전극 합제를 집전체에 코팅 및 건조하여 제조하는데, 집전체에 코팅된 합제층을 건조할 때, 합제층 내의 분산매가 증발하면서 바인더가 분산매와 함께 표면으로 올라가는 이동현상이 발생하게 되고, 이에 따라 합제층 내 바인더의 분포, 특히 층 두께 방향으로의 바인더 분포가 불균일하게 되어 전극의 접착력이 악화되고, 전지의 입출력 특성이 나빠지는 등의 문제가 있다.Even when manufacturing an electrode by applying carbon nanotubes as a conductive material, the electrode mixture prepared by dispersing the electrode active material, conductive material, binder, etc. in a dispersion medium is coated and dried on a current collector as in the conventional electrode manufacturing method. When drying the mixture layer coated on the current collector, the dispersion medium in the mixture layer evaporates and a movement phenomenon occurs in which the binder rises to the surface along with the dispersion medium. As a result, the distribution of the binder in the mixture layer, especially in the layer thickness direction, occurs. There are problems such as the binder distribution becomes uneven, the adhesion of the electrode deteriorates, and the input/output characteristics of the battery deteriorate.

또한, 최근에는 고용량, 고출력, 장수명, 고속충전 등 우수한 성능을 갖는 이차전지가 더욱 요구됨에 따라, 전극 합제 내 활물질의 양을 증가시키고 있어 바인더 및 도전재의 양은 상대적으로 감소되고 있으며, 이에 따라 적은 바인더의 사용으로도 우수한 접착력을 발휘하고, 적은 도전재의 사용으로도 뛰어난 도전 성능을 발현할 필요성은 더욱 절실하다.In addition, as secondary batteries with excellent performance such as high capacity, high output, long life, and fast charging are increasingly required, the amount of active material in the electrode mixture is increasing, and the amount of binder and conductive material is relatively reduced, resulting in less binder. The need to demonstrate excellent adhesion even with the use of and excellent conductive performance even with the use of a small amount of conductive materials is even more urgent.

한편, 상기와 같은 바인더의 이동현상에 따른 문제를 해결하기 위해, 분산매 없이 파우더 믹싱(powder mixing)을 통해 전극을 제조하는 건식 전극 기술이 제안되었다. 건식 제법이란 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 건조시킨 후, 얻어진 분말상의 전극 재료를 집전체 상에 코팅하여 전극을 제조하는 방법으로, 건조가 이루어진 후, 코팅을 하기 때문에 용매가 증발하면서 바인더 및 도전재가 전극의 표면으로 들뜨는 현상을 방지하여 두께방향으로 바인더의 균일도가 높아져 출력 및 급속충전에 유리한 이점이 있다. Meanwhile, in order to solve the problem caused by the movement of the binder as described above, a dry electrode technology that manufactures electrodes through powder mixing without a dispersion medium has been proposed. The dry manufacturing method is a method of manufacturing an electrode by drying an electrode slurry containing an electrode active material and then coating the obtained powdery electrode material on a current collector. Since coating is performed after drying, the solvent evaporates and the binder and conductor are removed. By preventing the phenomenon of ash being lifted to the surface of the electrode, the uniformity of the binder in the thickness direction is increased, which is advantageous for output and rapid charging.

그러나 이와 같은 건식 제법 기술의 유용성에도 불구하고 도전재로써 탄소나노튜브를 적용하기란 쉽지 않았다. 왜냐하면, 탄소나노튜브는 상호간의 강한 반데발스 힘에 의해서 응집되기 쉬어 특히 탄소나노튜브를 균일하게 분산시키기 어렵기 때문이다. 탄소나노튜브를 별도의 공정 없이 바로 다른 전극 재료 또는 전극 슬러리에 혼합하는 경우, 탄소나노튜브가 균일하게 분산되지 못하여 일부 뭉쳐진 덩어리 상태로 전극 표면에 그대로 노출될 수 있고, 전극 활물질 내에서 도전재 역할 수행에 문제점이 발생할 수 있다. However, despite the usefulness of this dry manufacturing technology, it was not easy to apply carbon nanotubes as a conductive material. This is because carbon nanotubes tend to aggregate due to strong mutual Van de Waals forces, making it particularly difficult to uniformly disperse the carbon nanotubes. If carbon nanotubes are directly mixed with other electrode materials or electrode slurry without a separate process, the carbon nanotubes may not be uniformly dispersed and may be exposed to the electrode surface in a partially agglomerated form, acting as a conductive material within the electrode active material. Problems may arise in performance.

특허문헌 1(WO 2009/044856)은 도전성이 높고 내부 저항이 낮은 전기 이중층 커패시터용 전극을 얻을 수 있는 전기화학 소자 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 전극 활물질, 도전조제 및 결착제를 조립(造粒)하여 조립 입자를 얻는 공정, 상기 조립 입자 및 섬유상 도전조제를 혼합하여 상기 조립 입자의 외부에 섬유상 도전조제를 포함하는 전극 재료를 얻는 공정, 상기 전극 재료를 건식 성형하여 활물질층을 형성하는 공정, 및 상기 활물질층 및 집전체를 적층하는 공정을 포함하는 전기 이중층 커패시터용 전극의 제조 방법을 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 1에서는, 전극 활물질로서 고순도 활성탄 분말, 입자상 도전조제로서 아세틸렌 블랙, 결착제로서 아크릴레이트계 중합체의 수분산체, 분산제로서 카르복시메틸셀룰로오스의 암모늄염의 수용액 및 증류수를 교반 혼합하여 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 분무 건조기로 분무 건조 조립을 행하여 조립 입자를 수득한 다음, 이 조립 입자와 섬유형 도전조제로서의 알루미늄 섬유(또는 탄소나노섬유, 탄소나노튜브 등)를 고속 혼합기로 혼합하여, 표면에 섬유형 도전조제가 부착된 복합 입자를 얻으며, 이어서 얻어진 복합 입자를 롤 가압 성형에 의해 시트형 활물질층을 성형하고, 이를 별도로 준비된 집전체에 적층하여 시트상 전극을 제조하는 실시예를 기재하고 있다. Patent Document 1 (WO 2009/044856) relates to an electrochemical device electrode that can obtain an electrode for an electric double layer capacitor with high conductivity and low internal resistance and a manufacturing method thereof, which involves assembling an electrode active material, a conductive additive, and a binder. A process of obtaining granulated particles, a process of mixing the granulated particles and a fibrous conductive additive to obtain an electrode material containing a fibrous conductive additive on the outside of the granulated particles, and a process of dry molding the electrode material to form an active material layer. , and a method of manufacturing an electrode for an electric double layer capacitor including a process of laminating the active material layer and the current collector. In addition, in Patent Document 1, a slurry is prepared by stirring and mixing high-purity activated carbon powder as an electrode active material, acetylene black as a particulate conductive aid, an aqueous dispersion of an acrylate polymer as a binder, and an aqueous solution of ammonium salt of carboxymethylcellulose and distilled water as a dispersant. Then, this slurry is spray-dried and granulated using a spray dryer to obtain granulated particles, and then the granulated particles are mixed with aluminum fiber (or carbon nanofiber, carbon nanotube, etc.) as a fibrous conductive agent using a high-speed mixer to form a surface. An example is described in which composite particles to which a fibrous conductive additive is attached are obtained, the obtained composite particles are then roll-pressed to form a sheet-shaped active material layer, and this is laminated on a separately prepared current collector to produce a sheet-shaped electrode. .

그러나, 특허문헌 1에서는, 건조된 조립 입자와 섬유형 도전조제를 고속 혼합하여 표면에 섬유형 도전조제가 부착된 복합 입자를 얻는다고 기재하고 있을 뿐, 입자의 표면에 섬유형 도전조제를 피복하는 구체적인 방법에 대해서는 더이상 구체적으로 개시하지 않고 있다. 본 발명자가 실제 확인한 바로는, 특허문헌 1에서와 같은 건식 혼합에 의해서는 탄소나노튜브가 전극 재료들 중에 균일하게 분산되지 않고 응집 현상에 의해 전극 특성이 불량해지는 문제가 있었다. 따라서, 특허문헌 1은 상기와 같은 바인더의 이동현상에 따른 문제를 해결하는 데에는 어느 정도 기술적 의미가 있지만, 건식 제법에 탄소나노튜브와 같은 튜브형 또는 섬유형 도전재를 적용하는 기술로서는 한계가 있다. However, in Patent Document 1, it is only described that the dried granulated particles and the fibrous conductive additive are mixed at high speed to obtain composite particles with the fibrous conductive additive attached to the surface, and there is a specific method of coating the surface of the particles with the fibrous conductive additive. The method is no longer disclosed in detail. According to what the present inventor actually confirmed, there was a problem in that dry mixing as in Patent Document 1 did not disperse the carbon nanotubes uniformly among the electrode materials and resulted in poor electrode characteristics due to agglomeration. Therefore, Patent Document 1 has some technical significance in solving the problem caused by the movement of the binder as described above, but there are limitations as a technology for applying tubular or fibrous conductive materials such as carbon nanotubes to the dry manufacturing method.

국제공개공보 WO 2009/044856International Publication WO 2009/044856 한국 공개특허공보 10-2017-0111730호Korean Patent Publication No. 10-2017-0111730

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구형 도전재 대신 탄소나노튜브를 사용하고 탄소나노튜브가 활물질 표면을 얇고 고르게 감싸게 함으로써 적은 함량으로도 뛰어난 도전 성능을 기본적으로 확보하면서도, 습식 제법의 전극에 비해 두께 방향으로의 바인더 분포가 균일하여 고출력, 급속 충전 특성 등이 향상되는 전극을 효율적으로 제조할 수 있는 전극의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Accordingly, the present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above. By using carbon nanotubes instead of spherical conductive materials and allowing the carbon nanotubes to thinly and evenly cover the surface of the active material, excellent conductive performance is basically secured even with a small content. However, the purpose is to provide a method of manufacturing an electrode that can efficiently manufacture an electrode with improved high output and rapid charging characteristics due to uniform binder distribution in the thickness direction compared to the wet manufacturing electrode.

또한, 본 발명은 상기한 제조방법에 의해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 추가의 목적으로 한다.In addition, the present invention has a further object to provide an electrode manufactured by the above-described manufacturing method and a secondary battery including the electrode.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조방법은, The method for manufacturing an electrode for secondary batteries according to the present invention to achieve the above object is,

(a) 전극 활물질, 도전재, 바인더를 분산매에 분산시켜 제조하되 도전재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하는 전극 활물질 슬러리의 제조 단계; (a) manufacturing step of an electrode active material slurry prepared by dispersing an electrode active material, a conductive material, and a binder in a dispersion medium, and using carbon nanotubes (CNTs) as a conductive material;

(b) 상기 전극 활물질 슬러리를 건조하여 분산매를 제거함으로써 탄소나노튜브가 표면에 덮여져 있는 활물질 분말을 제조하는 단계; 및 (b) drying the electrode active material slurry to remove the dispersion medium to prepare an active material powder whose surface is covered with carbon nanotubes; and

(c) 상기 활물질 분말을 집전체의 일면 또는 양면에 도포 및 가압하여 전극을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(c) manufacturing an electrode by applying and pressing the active material powder to one or both sides of a current collector.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 단계 (b)에서 전극 활물질 슬러리는 분무 건조 또는 동결 건조에 의해 분산매가 제거될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in step (b), the dispersion medium may be removed from the electrode active material slurry by spray drying or freeze drying.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 활물질 분말의 입자 직경은 10 ~ 300㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 ~ 150㎛일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the particle diameter of the active material powder may be 10 to 300 μm, more preferably 50 to 150 μm.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 그 평균 길이가 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the average length of the carbon nanotubes may be 0.1 ㎛ to 100 ㎛, more preferably 1 ㎛ to 20 ㎛.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 탄소나노튜브는 그 평균 직경이 0.4 nm 내지 20 nm일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon nanotubes of the present invention may have an average diameter of 0.4 nm to 20 nm.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 전극 활물질 슬러리 100중량부에 대하여, 분산매를 제외한 고형분은 10 내지 40 중량부일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the solid content excluding the dispersion medium may be 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material slurry.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하여 이루어지는 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 하나 또는 둘 다가 상기한 본 발명에 따라 제조된 전극인 것을 특징으로 한다. In addition, the secondary battery according to the present invention is characterized in that one or both of the positive electrode and the negative electrode are electrodes manufactured according to the present invention described above in the secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte.

본 발명에 따르면, 통상적인 구형 도전재 대신 탄소나노튜브를 사용함으로써 적은 도전재 함량으로도 뛰어난 도전 성능을 가질 수 있고, 이에 따라 활물질 사용량의 상대적인 증가에 의해 에너지 밀도를 높일 수 있는 기본적인 잇점을 나타낸다. 게다가, 본 발명에서는, 분말 혼합법에 비해 탄소나노튜브를 활물질 표면에 얇고 고르게 감쌈으로서 더욱 뛰어난 도전 성능을 발현할 수 있으면서도, 습식 제법에 비해 바인더를 특히 두께 방향으로 균일하게 분포시켜 전극의 접착력이 향상되고 고출력 특성, 급속 충전 특성이 향상되는 효과를 나타낸다.According to the present invention, by using carbon nanotubes instead of conventional spherical conductive materials, excellent conductive performance can be achieved even with a small content of the conductive material, and thus the energy density can be increased by a relative increase in the amount of active material used. . In addition, in the present invention, compared to the powder mixing method, superior conductive performance can be achieved by wrapping carbon nanotubes thinly and evenly on the surface of the active material, and the adhesion of the electrode is improved by distributing the binder particularly evenly in the thickness direction compared to the wet manufacturing method. This results in improved high-output characteristics and fast charging characteristics.

도 1a 는 본 발명의 실시예 1의 전극 단면에 대하여 염색 처리한 후 얻어진SEM 사진이다.
도 1b는 도 1a의 이미지를 두께 방향으로 9개의 영역을 구분해, 각 영역별로 측정한 바인더의 분포비율이다.
도 2a 는 비교예1의 전극 단면에 대하여 염색 처리한 후 얻어진 SEM 사진이다.
도 2b는 도 2a의 이미지를 두께 방향으로 9개의 영역을 구분해, 각 영역별로 측정한 바인더의 분포비율이다.
Figure 1a is an SEM photograph obtained after dyeing the cross section of the electrode in Example 1 of the present invention.
Figure 1b shows the binder distribution ratio measured for each region by dividing the image in Figure 1a into nine regions in the thickness direction.
Figure 2a is an SEM photograph obtained after dyeing the cross section of the electrode of Comparative Example 1.
Figure 2b shows the binder distribution ratio measured for each region by dividing the image in Figure 2a into nine regions in the thickness direction.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하에서 기재하는 구체적인 사항이나 실시예 및 도면의 내용은 본 발명의 실시형태를 예시하는 것에 불과하므로, 본 발명은 이러한 기재 사항이나 내용에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The details, examples, and drawings described below merely exemplify embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these descriptions or contents.

본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조방법은,The method for manufacturing an electrode for secondary batteries according to the present invention is,

(a) 전극 활물질, 도전재, 바인더를 분산매에 분산시켜 제조하되 도전재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하는 전극 활물질 슬러리의 제조 단계(이하, 단계(a)로 약칭하기도 한다); (a) a manufacturing step of an electrode active material slurry prepared by dispersing an electrode active material, a conductive material, and a binder in a dispersion medium, and using carbon nanotubes (CNTs) as a conductive material (hereinafter, sometimes abbreviated as step (a));

(b) 상기 전극 활물질 슬러리를 건조하여 분산매를 제거함으로써 탄소나노튜브가 표면에 덮여져 있는 활물질 분말을 제조하는 단계(이하, 단계(b)로 약칭하기도 한다); 및 (b) drying the electrode active material slurry to remove the dispersion medium to produce an active material powder whose surface is covered with carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as step (b)); and

(c) 상기 활물질 분말을 집전체의 일면 또는 양면에 도포 및 가압하여 전극을 제조하는 단계(이하, 단계(c)로 약칭하기도 한다)를 포함하는 것을 특징으로 한다.(c) manufacturing an electrode by applying and pressing the active material powder to one or both sides of a current collector (hereinafter, sometimes abbreviated as step (c)).

통상적인 전극의 제조방법에서는, 전극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 전극 집전체에 코팅한 다음, 건조 및 압연하여 전극을 제조하지만, 본 발명의 제조방법에서는, 제조된 전극 활물질 슬러리를 먼저 건조하여 분말로 형성한 다음, 이 분말을 집전체에 도포 및 가압하여 전극을 제조한다. In a typical electrode manufacturing method, an electrode active material slurry is prepared, coated on an electrode current collector, and then dried and rolled to manufacture an electrode. However, in the manufacturing method of the present invention, the prepared electrode active material slurry is first dried and powdered. Then, this powder is applied to the current collector and pressed to produce an electrode.

이와 같은 순서로 공정을 행하는 본 발명에서는, 전극 활물질 슬러리의 제조 단계에서 분산매를 사용하여 활물질, 탄소나노튜브(도전재) 등을 분산시킴으로써 활물질 표면에 탄소나노튜브를 균일하게 감싸 줄 수 있게 되는 이점을 유지하면서도, 제조된 활물질 슬러리를 집전체에 도포하기 전에 건조함으로써 분산매가 증발하면서 바인더도 함께 활물질층의 표면으로 올라가는 이동현상이 발생할 여지가 없으므로 전극 내 바인더의 분포가 균일하게 되는 효과를 나타낼 수 있는 것이다. 이에 따라, 뛰어난 도전 성능이 확보될 수 있으면서도, 전극의 접착력이 향상되고 고출력 특성, 급속 충전 특성이 향상되는 효과를 나타낸다.In the present invention, which performs the process in this order, the advantage is that the active material, carbon nanotubes (conductive material), etc. are dispersed using a dispersion medium in the manufacturing step of the electrode active material slurry, so that the carbon nanotubes can be uniformly wrapped around the surface of the active material. By drying the prepared active material slurry before applying it to the current collector, there is no room for movement of the binder rising to the surface of the active material layer as the dispersion medium evaporates, resulting in an even distribution of the binder within the electrode. There is. Accordingly, excellent conductive performance can be secured, while the adhesion of the electrode is improved and high output characteristics and fast charging characteristics are improved.

본 발명의 단계(a)에서 사용하는 전극 활물질, 도전재로서의 탄소나노튜브, 바인더, 분산매 등은 당업계에 공지되어 있는 통상적인 것으로, 특별히 제한되지는 않는다. 전극 활물질 슬러리 100중량부에 대하여 분산매를 제외한 고형분의 함량은 통상 5 내지 50중량부, 바람직하게는 10 내지 40 중량부, 가장 바람직하게는 20 내지 30중량부이다. 고형분의 조성이 50중량부를 초과할 경우에는 도전재의 분산성 면에서 바람직하지 않고, 5중량부 미만일 경우에는 생산성 측면에서 바람직하지 않다. The electrode active material used in step (a) of the present invention, carbon nanotubes as a conductive material, binder, dispersion medium, etc. are common ones known in the art and are not particularly limited. The solid content excluding the dispersion medium is usually 5 to 50 parts by weight, preferably 10 to 40 parts by weight, and most preferably 20 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the electrode active material slurry. If the solid content exceeds 50 parts by weight, it is undesirable in terms of dispersibility of the conductive material, and if it is less than 5 parts by weight, it is undesirable in terms of productivity.

본 발명의 전극 제조방법은 양극 및 음극 모두에 적용할 수 있으므로, 상기 전극 활물질은 양극 활물질일 수도 있고, 음극 활물질일 수도 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤≤y≤≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1 + zNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2, Li1 + zNi0 . 4Mn0 . 4Co0 . 2O2 등과 같이 Li1 + zNibMncCo1 - (b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤≤0.5, 0.1≤≤b≤≤0.8, 0.1≤≤c≤≤0.8, 0≤≤d≤≤0.2, 0≤≤e≤≤0.2, b+c+d<1 임, M Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1 + xM1 - yM'yPO4 - zXz (여기서, M = 전이금속, 구체적으로 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤≤x≤≤+0.5, 0≤≤y≤≤0.5, 0≤≤z≤≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있다..Since the electrode manufacturing method of the present invention can be applied to both positive and negative electrodes, the electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material. Specifically, the positive electrode active material is a lithium transition metal oxide and includes two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), etc. Layered compounds; Lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Chemical formula LiNi 1 - y MyO 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga and contains one or more of the above elements, 0.01≤≤y≤≤0.7) Lithium nickel-based oxide expressed as; Li 1 + z Ni 1 / 3 Co 1 / 3 Mn 1 / 3 O 2 , Li 1 + z Ni 0 . 4 Mn 0 . 4 Co 0 . 2 O 2 , etc. Li 1 + z Ni b Mn c Co 1 - (b+c+d) M d O (2-e) Ae (where -0.5≤z≤≤0.5, 0.1≤≤b≤≤0.8 , 0.1≤≤c≤≤0.8, 0≤≤d≤≤0.2, 0≤≤e≤≤0.2, b+c+d<1, M is Al, Mg, Cr, Ti, Si or Y, and A = Lithium nickel cobalt manganese composite oxide expressed as F, P or Cl); Chemical formula Li 1 + x M 1 - y M' y PO 4 - z (Here, M = transition metal, specifically Fe, Mn, Co or Ni, M' = Al, Mg or Ti, X = F, S or N, -0.5≤≤x≤≤+0.5, 0≤ and olivine-based lithium metal phosphate expressed as ≤y≤≤0.5, 0≤≤z≤≤0.1.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotubes, fullerene, and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, and Ti, which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements; Complexes of metals and their compounds with carbon and graphite materials; Lithium-containing nitride, etc. can be mentioned.

상기 바인더로는, 예컨대 비닐리덴플루오라이드-헥사플로오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 불소고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The binder includes, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, chlorotrifluoroethylene (CTFE), and polyacrylonitrile ( polyacrylonitrile), polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, poly It may be one or more selected from the group consisting of acrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), and fluororubber.

상기 분산매는, 상온, 상압에서 액체인 것이면 특별히 제한되지 않으며, 물, 알코올계 화합물, 아미드계 화합물, 케톤계 화합물, 에테르계 화합물 및 락탐계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 구체적으로, 물; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, s-부탄올, t-부탄올, 펜타놀, 이소펜타놀, 헥사놀 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸프로필케톤, 에틸프로필케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 시클로헵타논 등의 케톤류; 메틸에틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디이소프로필에테르, 디부틸에테르, 디이소부틸에테르, 디n-아밀에테르, 디이소아밀에테르, 메틸프로필에테르, 메틸이소프로필에테르, 메틸부틸에테르, 에틸프로필에테르, 에틸이소부틸에테르, 에틸n-아밀에테르, 에틸이소아밀에테르, 테트라하이드로퓨란 등의 에테르류; 디에틸 포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸이미다졸리디논 등의 아미드류; 감마-부틸로락톤, 델타-부틸로락톤 등의 락톤류; 베타-락탐 등의 락탐류 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 상기 분산매를 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.The dispersion medium is not particularly limited as long as it is a liquid at room temperature and pressure, and may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of water, alcohol-based compounds, amide-based compounds, ketone-based compounds, ether-based compounds, and lactam-based compounds. You can. Specifically, water; Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, s-butanol, t-butanol, pentanol, isopentanol, and hexanol; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, ethyl propyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, and cycloheptanone; Methyl ethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, din-amyl ether, diisoamyl ether, methylpropyl ether, methyl isopropyl ether, methyl butyl ether, ethers such as ethyl propyl ether, ethyl isobutyl ether, ethyl n-amyl ether, ethyl isoamyl ether, and tetrahydrofuran; amides such as diethyl formamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and dimethylimidazolidinone; Lactones such as gamma-butyrolactone and delta-butyrolactone; Lactams such as beta-lactam may be mentioned, but are not limited to these alone, and two or more types of dispersion media may be used in mixture.

상기 탄소나노튜브(CNT)는 흑연층이 단일 또는 다층으로 말려있는 형태를 지니고 있는 것으로, 높은 전도도와 넓은 표면적을 특징으로 한다. 탄소나노튜브의 원료로는 탄소를 포함하고 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 일반적인 도전재로 사용되는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙과 같은 카본계 물질뿐만 아니라, 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌(o-xylene, m-xylene, p-xylene) 등의 방향족 탄화수소를 사용할 수도 있다.The carbon nanotube (CNT) has a graphite layer rolled into a single or multiple layer, and is characterized by high conductivity and a large surface area. Raw materials for carbon nanotubes are not particularly limited as long as they contain carbon, and include graphite such as natural graphite and artificial graphite used as general conductive materials, carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, and lamps. In addition to carbon-based materials such as carbon black such as black and summer black, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, or xylene (o-xylene, m-xylene, p-xylene) can also be used.

구체적인 일 실시형태에서, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 가장 바람직하기로는 20㎛ 내지 30㎛이다. 상기 범위를 벗어나 탄소나노튜브의 평균 길이가 100 ㎛보다 긴 경우, 응집현상에 의해 분산성이 떨어질 수 있고, 0.1 ㎛보다 작은 경우, 원하는 물성을 확보하기 어려워 바람직하지 않다.In a specific embodiment, the average length of the carbon nanotubes may be 0.1 ㎛ to 100 ㎛, preferably 1 ㎛ to 50 ㎛, and most preferably 20 ㎛ to 30 ㎛. If the average length of the carbon nanotubes outside the above range is longer than 100 ㎛, dispersibility may be reduced due to agglomeration, and if it is less than 0.1 ㎛, it is difficult to secure the desired physical properties, which is not desirable.

또한, 상기 탄소나노튜브의 평균 직경은 예컨대 0.4 nm 내지 20 nm일 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽(single-wall)이거나 다중벽(multiwall)일 수 있는데, 단일벽의 경우, 평균 직경은 0.4 nm 내지 2 nm이고, 다중벽의 경우, 평균 직경은 10 nm 내지 20 nm인 것이 일반적이다. 탄소나노튜브의 평균 직경이 상기 범위를 벗어나 0.4 nm 보다 작은 경우, 원하는 도전성을 확보하기 어렵고 단일벽조차 형성하기 어려울 수 있으며, 탄소나노튜브의 평균 직경이 20 nm보다 큰 경우, 실질적으로 시간 및 비용이 증가하므로 바람직하지 않다.Additionally, the average diameter of the carbon nanotubes may be, for example, 0.4 nm to 20 nm. Carbon nanotubes may be single-walled or multiwalled; in the case of single-wall, the average diameter is 0.4 nm to 2 nm, and in the case of multiwall, the average diameter is 10 nm to 20 nm. It is common. If the average diameter of the carbon nanotubes is outside the above range and is less than 0.4 nm, it may be difficult to secure the desired conductivity and even form a single wall, and if the average diameter of the carbon nanotubes is larger than 20 nm, it is substantially time and cost This is undesirable as it increases.

상기 전극 활물질 슬러리는 전극 활물질, 도전재, 바인더, 분산매 이외에도, 점도 조절제 및/또는 충진제를 추가로 포함할 수 있는 바, 이들 점도 조절제 및 충진제는 당업계에 공지된 것들 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.In addition to the electrode active material, conductive material, binder, and dispersion medium, the electrode active material slurry may further include a viscosity modifier and/or filler. These viscosity modifiers and fillers may be appropriately selected and used among those known in the art. .

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 단계 (b)에서의 건조는 분무 건조법 또는 동결 건조법으로 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 건조법은 활물질 분말의 형성 단계에서도 활물질 슬러리 내 바인더의 이동 현상을 억제하여 바인더가 고르게 분포된 활물질 분말의 제조를 가능하게 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the drying in step (b) is preferably performed by spray drying or freeze drying. This drying method suppresses the movement of the binder in the active material slurry even during the formation stage of the active material powder, making it possible to manufacture an active material powder in which the binder is evenly distributed.

전극 활물질 슬러리를 건조시켜 분산매를 제거한 활물질 분말의 입자 직경은 10 ~ 300㎛일 수 있고, 바람직하게는 30 내지 200㎛, 가장 바람직하게는 50 내지 150㎛이다. The particle diameter of the active material powder obtained by drying the electrode active material slurry and removing the dispersion medium may be 10 to 300 μm, preferably 30 to 200 μm, and most preferably 50 to 150 μm.

상기 분무 건조법은, 수분 등의 액체를 함유하는 재료를 열풍 중에 분무 분산시켜 열풍으로 반송시키면서 급속히 건조하여 분말 상태의 제품을 얻는 건조 방법으로서, 해당 업계에 공지된 분무 건조기를 사용하여 수행할 수 있다. 이 건조 방법에서는 건조가 급속히 행해지고 재료의 온도가 비교적 높게 상승하지 않으므로 가열에 의한 부작용을 방지하고, 슬러리 내 바인더의 이동을 억제할 수 있어 바람직하다.The spray drying method is a drying method that obtains a powder-like product by spraying and dispersing a material containing liquid such as moisture in hot air and drying it rapidly while returning it with hot air. It can be performed using a spray dryer known in the industry. . This drying method is preferable because drying is performed rapidly and the temperature of the material does not rise relatively high, so side effects caused by heating can be prevented and movement of the binder in the slurry can be suppressed.

분무 건조시의 열풍 온도는, 통상 80 내지 250℃, 바람직하게는 100 내지 200℃이다. 분무 건조법에 있어서, 열풍의 취입 방법은 특별히 제한되지 않고, 예컨대 열풍과 분무 방향이 가로 방향으로 병류하는 방식, 건조 탑 정부에서 분무되어 열풍과 함께 하강하는 방식, 분무한 적(滴)과 열풍이 향류접촉(向流接觸)하는 방식, 분무한 적이 최초 열풍과 병류하고 다음으로 중력 낙하하여 향류접촉하는 방식 등을 들 수 있다.The hot air temperature during spray drying is usually 80 to 250°C, preferably 100 to 200°C. In the spray drying method, the method of blowing hot air is not particularly limited, for example, a method in which the hot air and the spray direction coexist in the horizontal direction, a method in which the spray is sprayed from the top of the drying tower and descends with the hot air, and the sprayed water and hot air are A method of countercurrent contact, where the sprayed enemy first flows in parallel with the hot air and then falls due to gravity, makes countercurrent contact.

상기 동결 건조법은, 전극 활물질 슬러리를 분산매의 빙점 이하의 저온으로 냉각시켜 동결시킨 다음, 증기압 이하의 높은 진공도로 감압하여 분산매를 승화에 의해 제거하는 건조 방법으로서, 열에 의한 물질의 변성을 방지하고, 슬러리 내 바인더의 이동을 억제할 수 있어 바람직하다. The freeze-drying method is a drying method in which the electrode active material slurry is frozen by cooling it to a low temperature below the freezing point of the dispersion medium, and then the dispersion medium is removed by sublimation by reducing the pressure to a high vacuum degree below the vapor pressure, preventing denaturation of the material due to heat, This is desirable because it can suppress the movement of the binder in the slurry.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 있어서, 상기 동결은 분산매의 빙점 미만인 -40℃ 내지 -0.1℃의 온도 및 상압에서 0.5 내지 12시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. In a preferred embodiment of the present invention, the freezing is preferably performed for 0.5 to 12 hours at a temperature of -40°C to -0.1°C, which is below the freezing point of the dispersion medium, and at normal pressure.

상기 승화는 분산매의 증기압 보다 낮은 압력인 1.4×10-5 내지 6.2×10-3 ㎏f/㎠의 압력에서, 동결시킬 때의 온도보다 높은 온도인 0℃∼20℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.The sublimation is preferably carried out at a pressure of 1.4×10 -5 to 6.2×10 -3 kgf/cm2, which is lower than the vapor pressure of the dispersion medium, and at a temperature higher than the temperature at the time of freezing, at 0°C to 20°C.

본 발명의 단계(c)에서 사용하는 집전체는 양극 집전체일 수도, 음극 집전체일 수도 있으며, 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어지고, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 양극 집전체로는, 예컨대 스테인리스(Stainless), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있으며, 음극 집전체로는, 예컨대 스테인리스(Stainless), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The current collector used in step (c) of the present invention may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector, and is generally made to have a thickness of 3 ㎛ to 500 ㎛, and has a high durability without causing chemical changes in the battery. There is no particular limitation as long as it has conductivity, but examples of the positive electrode current collector include, for example, stainless steel, aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. Those surface-treated with nickel, titanium, silver, etc. can be used, and the negative electrode current collector includes, for example, stainless steel, aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), fired carbon, or aluminum. Surface treatment of stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used.

상기 단계(c)에서의 활물질 분말의 도포 및 가압은 특별히 제한되지 않고 당업계에 알려진 통상적인 방법에 의하여 수행할 수 있다. 예를 들면 활물질 분말을 스크류 피더 등의 공급장치로 롤식 가압 장치에 공급하고, 전극을 압연하거나, 활물질 분말을 집전체 상에 살포하고 활물질 분말을 블레이드 등으로 골라 두께를 조정한 후 롤식 가압 장치로 압연할 수 있다. 이때 압연시의 온도는 통상 0℃ 내지 200℃이다. 압연할 때의 선압은 0.5 ~ 3.5 ton/㎝일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 ~ 3 ton/㎝, 가장 바람직하게는 1 ~ 2 ton/㎝ 이다. 압연 시 선압이 0.5 ton/㎝ 미만일 경우에는 전극의 균일성 측면에서 바람직하지 않고, 선압이 3.5 ton/㎝ 를 초과할 경우에는 전극이 깨지는 문제가 발생할 수 있다. The application and pressurization of the active material powder in step (c) is not particularly limited and can be performed by conventional methods known in the art. For example, the active material powder is supplied to the roll-type pressing device using a supply device such as a screw feeder, and the electrode is rolled, or the active material powder is spread on the current collector, the thickness is adjusted by picking the active material powder with a blade, etc., and then the electrode is rolled. It can be rolled. At this time, the temperature during rolling is usually 0°C to 200°C. The linear pressure during rolling may be 0.5 to 3.5 ton/cm, more preferably 1 to 3 ton/cm, and most preferably 1 to 2 ton/cm. If the linear pressure during rolling is less than 0.5 ton/cm, it is undesirable in terms of electrode uniformity, and if the linear pressure exceeds 3.5 ton/cm, the electrode may break.

건조된 코팅부의 압연 횟수는 1 ~ 3회가 바람직하다. 압연 횟수가 3회를 초과할 경우 전극 합제가 깨질 염려가 있어 바람직하지 않다.The number of rolling of the dried coating portion is preferably 1 to 3 times. If the number of rolling exceeds 3 times, it is not desirable because there is a risk that the electrode mixture may break.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 제조방법으로 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 바, 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하여 이루어지는 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 하나 또는 둘 다가 상기한 본 발명에 따라 제조된 전극인 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention provides an electrode manufactured by the above-described manufacturing method and a secondary battery including the same. The secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, One or both of the anode and the cathode are characterized in that they are electrodes manufactured according to the present invention described above.

음극 제조시 카본계 음극 활물질이 통상적으로 사용되고 있고, 카본계 활몰질은 그 자체가 어느 정도의 전기전도성을 가지고 있기 때문에, 통상 탄소나노튜브는 음극 보다는 양극의 제조 시 더욱 유용한 것으로 평가되고 있다. 따라서 양극의 제조 시 본 발명의 제조방법을 이용한다면, 전극의 두께 방향으로 바인더의 분포 비율을 균일하게 하면서도 전극의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 음극과 대비해 더욱 잘 발현될 수 있다. Carbon-based negative electrode active materials are commonly used in the production of negative electrodes, and since carbon-based active materials themselves have a certain degree of electrical conductivity, carbon nanotubes are generally evaluated as more useful in the production of positive electrodes than negative electrodes. Therefore, if the manufacturing method of the present invention is used when manufacturing an anode, the effect of improving the electrical characteristics of the electrode while uniformizing the distribution ratio of the binder in the thickness direction of the electrode can be better expressed compared to the cathode.

본 발명의 이차전지를 구성하는 분리막, 전해질 등에 관한 사항은 당업계에 공지되어 있는 통상적인 것으로서, 특별한 제한 없이 본 발명에 사용할 수 있으며, 또한 당업자가 그에 관한 사항을 용이하게 이해하고 입수하여 본 발명에 사용할 수 있으므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이와 관련하여, 예컨대 본 출원인에 의해 출원된 특허문헌 2(한국 공개특허공보 10-2017-0111730호)를 참조할 수 있는데, 이 문헌의 전체 기재 내용을 본 발명과 모순되지 않는 범위에서 본 발명에 참고로 인용한다Matters related to the separator, electrolyte, etc. that constitute the secondary battery of the present invention are commonly known in the art and can be used in the present invention without any particular limitation, and those skilled in the art can easily understand and acquire the matters and invent the present invention. Since they can be used, detailed descriptions of them are omitted. In this regard, for example, patent document 2 (Korean Patent Publication No. 10-2017-0111730) applied by the present applicant may be referred to, and the entire contents of this document are included in the present invention to the extent that they do not contradict the present invention. Quoting for reference

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것이 아님은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. The following examples are only intended to specifically illustrate the present invention, so it goes without saying that the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예Example 1(양극의 제조) 1 (Manufacture of anode)

양극 활물질로서 LiNi0 . 6Mn0 . 2Co0 . 2O2 (평균 입경: 14㎛), 바인더로서 PVDF, 도전재로서 탄소나노튜브(직경: 10~20nm, 길이: 20~30㎛, Bundle형 CNT, 입수처: LG화학)를 97:1.5:1.5의 중량비로 분산매인 N-메틸 피롤리돈(NMP)에 혼합 분산하여 양극 활물질층을 형성하기 위한 양극 슬러리(고형분 농도: 25%)를 제조하였다.LiNi 0 as the positive electrode active material . 6 Mn 0 . 2 Co 0 . 2 O 2 (average particle diameter: 14㎛), PVDF as a binder, and carbon nanotubes (diameter: 10~20nm, length: 20~30㎛, bundle type CNT, source: LG Chemical) as a conductive material in the ratio of 97:1.5: A positive electrode slurry (solids concentration: 25%) to form a positive electrode active material layer was prepared by mixing and dispersing in N-methyl pyrrolidone (NMP), a dispersion medium, at a weight ratio of 1.5.

상기 양극 슬러리를 분무 건조법으로 건조하여 분산매를 제거함으로써 탄소나노튜브가 표면에 덮여져 있는 활물질 분말(입자직경:50~150㎛)을 수득하였다. 이때, 분무 건조는 분무 건조기(OC-16;오오카와라 화공기)를 사용하여 회전 원반 방식 아토마이저(직경 65mm) 회전수 25,000rpm, 열풍 온도 150℃, 입자 회수 출구의 온도가 90℃였다. The positive electrode slurry was dried using a spray drying method to remove the dispersion medium, thereby obtaining an active material powder (particle diameter: 50-150㎛) whose surface was covered with carbon nanotubes. At this time, spray drying was performed using a spray dryer (OC-16; Okawara Chemical) using a rotating disk atomizer (diameter 65 mm) at a rotation speed of 25,000 rpm, a hot air temperature of 150°C, and a particle recovery outlet temperature of 90°C.

수득된 활물질 입자를 알루미늄 호일(두께: 20㎛)의 단면에 도포하고 가압하여 두께 150㎛의 양극 활물질층을 형성함으로써 양극을 제조하였다. A positive electrode was manufactured by applying the obtained active material particles to the cross section of aluminum foil (thickness: 20㎛) and pressing to form a positive electrode active material layer with a thickness of 150㎛.

비교예Comparative example 1(양극의 제조) 1 (Manufacture of anode)

상기 실시예 1에 있어서 조제된 양극 슬러리를 건조하지 않고 그대로 알루미늄 호일(두께: 20㎛)의 단면에 도포, 건조 및 압연하여 양극 활물질층(두께: 150㎛)을 형성함으로써 양극을 제조하였다. A positive electrode was manufactured by applying, drying, and rolling the positive electrode slurry prepared in Example 1 to the cross section of aluminum foil (thickness: 20 μm) without drying it to form a positive electrode active material layer (thickness: 150 μm).

<실험예> 바인더의 분포비율 측정 <Experimental example> Measurement of distribution ratio of binder

상기 실시예 1 및 비교예 1의 전극에서 두께 방향으로의 바인더의 분포 균일도를 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예 1의 각 전극(양극) 단면에 대하여, 활물질, 공극, 바인더를 염색 처리한 후, SEM 이미지를 얻었다. 얻어진 SEM 이미지는 도 1a(실시예), 도 2a(비교예)에 도시된 바와 같다. 상기 SEM 이미지에서 녹색 영역은 활물질을, 빨간색 영역은 공극을, 흰색 영역은 바인더를 나타낸다. SEM이미지를 두께 방향으로 9개의 영역으로 나눈 후, AVIZ0 프로그램을 이용하여 각 영역별로 바인더가 차지하는 면적의 비율을 바인더의 분포비율로 계산하였다. 이렇게 측정된 바인더의 분포비율을 표 1및 도 1b(실시예), 도 2b(비교예)에 나타내었다.In order to confirm the uniformity of distribution of the binder in the thickness direction in the electrodes of Example 1 and Comparative Example 1, the active material, voids, and binder were dyed on the cross section of each electrode (anode) of Example 1 and Comparative Example 1. Afterwards, SEM images were obtained. The obtained SEM images are as shown in FIG. 1A (Example) and FIG. 2A (Comparative Example). In the SEM image, the green area represents the active material, the red area represents the void, and the white area represents the binder. After dividing the SEM image into 9 regions in the thickness direction, the ratio of the area occupied by the binder in each region was calculated as the binder distribution ratio using the AVIZ0 program. The distribution ratio of the binder measured in this way is shown in Table 1 and Figures 1b (Example) and Figure 2b (Comparative Example).

영역area 바인더 비율(%)
Binder ratio (%)
실시예 1(도 1b)Example 1 (Figure 1b) 비교예 1(도 2b)Comparative Example 1 (Figure 2b) 상층upper floor 1One 10.010.0 17.417.4 22 11.511.5 21.021.0 33 10.710.7 12.112.1 bout 32.132.1 50.550.5 중층middle layer 44 13.113.1 12.012.0 55 11.311.3 9.59.5 66 10.410.4 8.58.5 bout 34.834.8 30.030.0 하층substratum 77 10.810.8 8.58.5 88 11.211.2 6.06.0 99 11.111.1 5.05.0 bout 33.133.1 19.519.5

도 1a 내지 도 2b 및 상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 전극에서는 바인더가 전극의 상부 쪽으로 이동하여 집전체와 가까워질수록 바인더의 분포비율이 낮아져, 전극 전체적으로 바인더가 두께 방향으로 불균일하게 분포되어 있지만, 본 발명에 따른 전극 내에는 바인더가 상층/중층/하층에 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. As can be seen from FIGS. 1A to 2B and Table 1, in the electrode of Comparative Example 1, as the binder moves toward the top of the electrode and gets closer to the current collector, the distribution ratio of the binder decreases, so that the binder is distributed throughout the electrode in the thickness direction. Although it is non-uniformly distributed, it can be confirmed that the binder is uniformly distributed in the upper/middle/lower layers within the electrode according to the present invention.

상기와 같은 바인더의 분포 상태로부터 본 발명에 따른 전극의 접착력이 보다 우수할 것이라고 당연히 예측할 수 있겠지만, 실제 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전극에 대해 각각 집전체와 활물질층 간의 접착력을 측정하였다. 접착력의 측정은 제조된 전극 표면을 잘라 슬라이드 글라스에 고정시킨 후, 집전체를 벗겨 내면서 180도 벗김 강도를 측정하는 방법에 의하였고, 평가는 5개 이상의 벗김 강도를 측정하여 평균값으로 정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. Although it can naturally be predicted that the adhesive strength of the electrode according to the present invention will be superior from the distribution state of the binder as described above, the adhesive strength between the current collector and the active material layer was actually measured for the electrodes manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. did. The adhesion was measured by cutting the surface of the manufactured electrode, fixing it on a slide glass, and then measuring the 180-degree peeling strength while peeling off the current collector. The evaluation was made by measuring the peeling strength of five or more pieces and determining the average value. The results are shown in Table 2.

접착력(gf/2cm)Adhesion (gf/2cm) 실시예 1Example 1 20.320.3 비교예 1Comparative Example 1 11.911.9

상기 실시예 및 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 활물질층 내 바인더의 분포, 특히 두께 방향으로 분포가 균일하게 되어 전극의 접착력이 향상되었음을 확인할 수 있다. As can be seen from the above examples and comparative examples, according to the present invention, it can be confirmed that the distribution of the binder in the electrode active material layer, especially the distribution in the thickness direction, is uniform, thereby improving the adhesion of the electrode.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 적은 도전재 함량으로도 뛰어난 도전 성능을 기본적으로 확보할 수 있는 데다가, 전극 활물질층 내 바인더를 균일하게 분포시킴으로써, 에너지 밀도를 높일 수 있고, 고출력 특성, 급속 충전 특성을 향상시킬 수 있으므로 산업적으로 매우 유용하다.As explained in detail above, the present invention can basically secure excellent conductive performance even with a small content of conductive material, and by uniformly distributing the binder in the electrode active material layer, energy density can be increased, high output characteristics, and rapid speed can be achieved. It is very useful industrially because it can improve charging characteristics.

한편, 이상에서 구체적인 실시형태나 실시예를 들면서 본 발명을 상세히 설명하였지만, 이러한 내용에 기초하여 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 가지 다른 형태로의 변형, 재료 등의 대체, 치수의 변경, 추가적인 구성요소의 부가 등을 할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. Meanwhile, although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments and examples above, based on these contents, modifications to various other forms, replacement of materials, etc., changes in dimensions, and additional changes may be made without departing from the scope of the present invention. It will be obvious to those skilled in the art that components can be added, etc.

Claims (9)

(a) 전극 활물질, 도전재, 바인더를 분산매에 분산시켜 제조하되 도전재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하는 전극 활물질 슬러리의 제조 단계;
(b) 상기 전극 활물질 슬러리를 건조하여 분산매를 제거함으로써 탄소나노튜브가 표면에 덮여져 있는 활물질 분말을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 활물질 분말을 집전체의 일면 또는 양면에 도포 및 가압하여 전극을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 탄소나노튜브는 그 평균 길이가 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛이고, 그 평균 직경이 0.4 nm 내지 20 nm이며,
상기 단계 (b)에서 분무 건조 또는 동결 건조에 의해 분산매를 제거하고,
상기 단계 (c)에서 건조 과정을 수행하지 않으며,
전극 단면을 전극의 두께 방향으로 9개의 영역으로 나누었을 때, 전극 단면 전체의 바인더 면적에 대한 각 영역별 바인더 면적의 비율이 10.0% 내지 13.1%인(단, 9개 영역의 각 바인더 면적의 비율의 총합은 100%이다) 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
(a) manufacturing step of an electrode active material slurry prepared by dispersing an electrode active material, a conductive material, and a binder in a dispersion medium, and using carbon nanotubes (CNTs) as a conductive material;
(b) drying the electrode active material slurry to remove the dispersion medium to prepare an active material powder whose surface is covered with carbon nanotubes; and
(c) manufacturing an electrode by applying and pressing the active material powder to one or both sides of a current collector,
The carbon nanotubes have an average length of 0.1 ㎛ to 100 ㎛, an average diameter of 0.4 nm to 20 nm,
In step (b), the dispersion medium is removed by spray drying or freeze drying,
No drying process is performed in step (c),
When the electrode cross section is divided into 9 regions in the thickness direction of the electrode, the ratio of the binder area in each region to the binder area of the entire electrode cross section is 10.0% to 13.1% (however, the ratio of the binder area in each of the 9 regions is 10.0% to 13.1% A method of manufacturing an electrode for a secondary battery, characterized in that the total is 100%.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 활물질 분말의 입자 직경은 50 ~ 150㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing an electrode for a secondary battery, characterized in that the particle diameter of the active material powder is 50 to 150㎛.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 전극 활물질 슬러리 100중량부에 대하여, 분산매를 제외한 고형분은 10 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
A method for manufacturing an electrode for a secondary battery, characterized in that the solid content excluding the dispersion medium is 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material slurry.
제 1 항에 따라 제조되고,
전극 단면을 전극의 두께 방향으로 9개의 영역으로 나누었을 때, 전극 단면 전체의 바인더 면적에 대한 각 영역별 바인더 면적의 비율이 10.0% 내지 13.1%인(단, 9개 영역의 각 바인더 면적의 비율의 총합은 100%이다) 것을 특징으로 하는 이차전지 전극.
Manufactured according to claim 1,
When the electrode cross section is divided into 9 regions in the thickness direction of the electrode, the ratio of the binder area in each region to the binder area of the entire electrode cross section is 10.0% to 13.1% (however, the ratio of the binder area in each of the 9 regions is 10.0% to 13.1% A secondary battery electrode characterized in that the total is 100%.
양극, 음극, 분리막 및 전해질을 포함하여 이루어지는 이차전지에 있어서,
상기 양극 및 음극 중 하나 또는 둘 다가 제 1 항에 따라 제조되고,
전극 단면을 전극의 두께 방향으로 9개의 영역으로 나누었을 때, 전극 단면 전체의 바인더 면적에 대한 각 영역별 바인더 면적의 비율이 10.0% 내지 13.1%인(단, 9개 영역의 각 바인더 면적의 비율의 총합은 100%이다) 전극인 것을 특징으로 이차전지.
In a secondary battery comprising an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte,
One or both of the anode and cathode are prepared according to claim 1,
When the electrode cross section is divided into 9 regions in the thickness direction of the electrode, the ratio of the binder area in each region to the binder area of the entire electrode cross section is 10.0% to 13.1% (however, the ratio of the binder area in each of the 9 regions is 10.0% to 13.1% The total of is 100%) A secondary battery characterized in that it is an electrode.
삭제delete
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