KR102648386B1 - Method of manufacturing for electrode-separator complex comprising multi-layer structure of inorganic layers and electrode-separator complex manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

본원발명은 다층 구조의 무기물층을 갖는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극에 관한 것으로서, 절연층 역할을 수행하는 무기물층을 다층으로 형성하여 분리막 기재가 없어 안전성이 향상되고, 전지의 용량이 기존 전지 대비 감소하지 않는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing a separator composite electrode having a multi-layered inorganic material layer and a separator composite electrode resulting therefrom. By forming a multi-layer inorganic material layer that acts as an insulating layer, safety is improved due to the absence of a separator substrate, and battery capacity is improved. A method of manufacturing a separator composite electrode that does not decrease compared to existing batteries and a separator composite electrode resulting therefrom are provided.

Description

다층 구조의 무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극{Method of manufacturing for electrode-separator complex comprising multi-layer structure of inorganic layers and electrode-separator complex manufactured thereby}Method of manufacturing a separator composite electrode comprising an inorganic layer having a multi-layer structure and a separator composite electrode resulting therefrom

본원발명은 다층 구조의 무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극에 관한 것이다. 구체적으로 단위전극 전극활물질층의 기공 크기보다 직경이 큰 제1무기물 입자를 포함하는 제1무기물층과 상기 제1무기물 입자의 직경보다 직경이 작은 제2무기물 입자를 포함하는 제2무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a separator composite electrode including an inorganic layer with a multi-layer structure and a separator composite electrode resulting therefrom. Specifically, it includes a first inorganic layer containing first inorganic particles with a diameter larger than the pore size of the unit electrode electrode active material layer, and a second inorganic layer containing second inorganic particles with a smaller diameter than the diameter of the first inorganic particles. It relates to a method of manufacturing a separator composite electrode and a separator composite electrode resulting therefrom.

이차전지의 구성요소 중 분리막은 양극과 음극을 격리하여 두 전극 사이의 전기적 단락을 방지하면서 전해질과 이온을 통과시키는 역할을 한다. 분리막은 그 자체로 이차전지의 전기화학적 반응에 참여하지 않지만, 전해액에 대한 젖음성, 다공성의 정도, 열 수축율과 같은 물리적 성질에 의해 이차전지의 성능 및 안전성에 큰 영향을 미친다.Among the components of a secondary battery, the separator serves to isolate the anode and cathode, prevent electrical short circuit between the two electrodes, and allow electrolyte and ions to pass through. Although the separator itself does not participate in the electrochemical reaction of the secondary battery, it has a significant impact on the performance and safety of the secondary battery due to physical properties such as wettability to the electrolyte solution, degree of porosity, and thermal shrinkage rate.

이차전지의 분리막으로 폴리올레핀 계열의 다공성 기재를 많이 사용한다. 상기의 다공성 기재는 고온에서 열수축하기 때문에 양극과 음극을 격리하는 역할을 제대로 수행하지 못한다. 이로 인해 이차전지가 단락되거나 전지가 발화 또는 폭발하는 등의 안전성 문제가 계속 제기되어 왔다.Polyolefin-based porous substrates are often used as separators for secondary batteries. Since the above porous substrate undergoes thermal contraction at high temperatures, it does not properly perform its role of isolating the anode and cathode. As a result, safety issues, such as secondary batteries short-circuiting or batteries igniting or exploding, have continued to be raised.

다공성 기재의 단점을 보완하기 위해 다공성 기재의 일면 또는 양면에 코팅층을 추가하고, 상기 코팅층에 다공성 기재의 단점을 보완할 수 있는 다양한 물질을 부가하거나 코팅층의 물성을 바꾸는 방법이 사용된다. 코팅층에 알루미나(Al2O3)와 같은 금속산화물 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 같은 금속수산화물을 무기물로 첨가하여 분리막의 열수축을 억제하거나 내열성을 향상시키고 있다.In order to compensate for the shortcomings of the porous substrate, a coating layer is added to one or both sides of the porous substrate, and various materials that can compensate for the shortcomings of the porous substrate are added to the coating layer or a method of changing the physical properties of the coating layer is used. Metal oxides such as alumina (Al 2 O 3 ) or aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) are added as inorganic substances to the coating layer to suppress heat shrinkage or improve heat resistance of the separator.

무기물을 포함하는 코팅층은 전극과의 접착성이 약한 단점이 있다. 또한, 다공성 기재의 일면 또는 양면에 코팅층이 부가되기 때문에, 이차전지 중 화학반응에 참여하지 않는 부분이 늘어난다는 단점도 있다.Coating layers containing inorganic materials have the disadvantage of weak adhesion to electrodes. Additionally, since a coating layer is added to one or both sides of the porous substrate, there is a disadvantage that the portion of the secondary battery that does not participate in the chemical reaction increases.

이러한 분리막의 단점을 개선하기 위하여 전극활물질층에 무기물 코팅층을 형성하여 종래의 분리막 역할을 하도록 하는 분리막합체전극이 제시되었다. 분리막합체전극을 이용한 전극조립체는 별도의 다공성 기재가 없어 열수축 및 이에 따른 단락의 우려가 없고, 이차전지 중 화학반응에 참여하지 않는 부분을 최소화하는 장점도 있다.In order to improve the shortcomings of these separators, a separator composite electrode was proposed that functions as a conventional separator by forming an inorganic coating layer on the electrode active material layer. The electrode assembly using the separator composite electrode does not have a separate porous substrate, so there is no risk of heat shrinkage and resulting short circuit, and it also has the advantage of minimizing the parts of the secondary battery that do not participate in chemical reactions.

도 1은 종래의 분리막합체전극의 모식도이다. 종래의 분리막합체전극은 전극활물질층(20) 상에 무기물을 직접 도포 또는 코팅하거나 전극활물질층(20) 상에 미리 형성된 무기물층(30)을 접합하는 방식으로 형성된다. 집전체(10)의 일면에 전극활물질층(20)이 도포되어 있고, 최상층에 무기물층(30)이 도포되어 있다.Figure 1 is a schematic diagram of a conventional separator composite electrode. A conventional separator composite electrode is formed by directly applying or coating an inorganic material on the electrode active material layer 20 or by bonding an inorganic material layer 30 previously formed on the electrode active material layer 20. An electrode active material layer 20 is applied to one side of the current collector 10, and an inorganic material layer 30 is applied to the uppermost layer.

도 1과 같은 종래의 분리막합체전극의 무기물층(30) 입자의 직경이 전극에 형성된 전극활물질층(20)의 기공보다 작은 경우가 많다. 분리막 역할을 위해서 크기가 작은 무기물 입자를 사용하였으나, 오히려 무기물층(30)의 입자들이 전극활물질층(20)의 기공을 막아 전지의 저항을 증가시킬 수 있다. 또한 무기물층을 접착하는 바인더가 전극에 형성된 전극활물질층(20)의 기공을 막기도 한다. 상기와 같이 전지의 저항이 증가하는 경우, 오히려 전지 용량이 감소되고 전지의 수명이 줄어드는 문제점이 발생한다.The diameter of the particles of the inorganic material layer 30 of a conventional separator composite electrode as shown in FIG. 1 is often smaller than the pores of the electrode active material layer 20 formed on the electrode. Although small-sized inorganic particles were used to serve as a separator, the particles of the inorganic material layer 30 may block the pores of the electrode active material layer 20, thereby increasing the resistance of the battery. Additionally, the binder that adheres the inorganic material layer may block the pores of the electrode active material layer 20 formed on the electrode. When the resistance of the battery increases as described above, the problem occurs that the battery capacity decreases and the lifespan of the battery is shortened.

특허문헌 1은 여러 층으로 구성된 무기물 입자층을 두고 있으나, 이는 무기물 코팅층의 역할에 따른 다층구조로, 전극의 기공을 막지 않기 위한 구조에 대해서는 인식하지 못하고 있다.Patent Document 1 has an inorganic particle layer composed of several layers, but this is a multi-layer structure that functions as an inorganic coating layer, and the structure for not blocking the pores of the electrode is not recognized.

특허문헌 2 또한 집전체, 활물질층, 무기물층을 구비한 전극에 관한 것이다. 특허문헌 2는 2종 이상의 입자의 직경을 갖는 무기물층을 마련하여 세라믹 분리막 자체의 이온전도도를 높이기 위해 다양한 크기 및 형태의 세라믹 필러를 사용하고 있으나, 이는 분리막 자체의 성능을 향상시키기 위한 것으로 전지의 기공을 막거나 이로 인한 전지의 성능저하를 인식하지 못하고 있다.Patent Document 2 also relates to an electrode having a current collector, an active material layer, and an inorganic material layer. Patent Document 2 uses ceramic fillers of various sizes and shapes to increase the ionic conductivity of the ceramic separator itself by providing an inorganic material layer with two or more particle diameters, but this is to improve the performance of the separator itself and to improve the performance of the battery. They are not aware of blocking pores or deteriorating battery performance due to this.

일상생활에서 밀접하게 사용하고 있는 이차전지의 안전성을 향상시키고, 고용량 고밀도의 요청에 부응할 수 있는 이차전지의 개발을 위해, 전극의 기공을 막지 않는 분리막합체전극 및 이를 이용한 이차전지를 제공할 필요가 있다.In order to improve the safety of secondary batteries that are closely used in daily life and to develop secondary batteries that can meet the demand for high capacity and high density, it is necessary to provide a separator composite electrode that does not block the pores of the electrode and a secondary battery using the same. There is.

대한민국 공개특허공보 제2016-0112266호 (2016.09.28) ('특허문헌 1')Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0112266 (2016.09.28) ('Patent Document 1') 대한민국 공개특허공보 제2008-0082289호 (2008.09.11) ('특허문헌 2')Republic of Korea Patent Publication No. 2008-0082289 (2008.09.11) ('Patent Document 2')

본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 별도의 분리막 없이 분리막 역할을 하는 다층 구조의 무기물층이 전극의 일면에 부착된 분리막합체전극에 있어서, 전극활물질층의 기공을 막지 않아 전지의 성능 저하가 없을 뿐만 아니라 저항이 낮은 분리막합체전극을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 아울러 본원발명은 별도의 분리막이 없고, 상기 분리막 역할을 하는 다층 구조의 무기물층 또한 고분자 기재를 포함하지 않는 바, 고온에서도 뛰어난 안전성을 갖는 분리막합체전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above problems, in a separator composite electrode in which an inorganic material layer with a multi-layer structure serving as a separator is attached to one side of the electrode without a separate separator, and the pores of the electrode active material layer are not blocked, thereby improving battery performance. The purpose is to provide a method of manufacturing a separator composite electrode that not only has no degradation but also has low resistance. In addition, the present invention aims to provide a separator composite electrode that has excellent safety even at high temperatures since there is no separate separator and the multi-layered inorganic material layer serving as the separator does not include a polymer base.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본원발명에서 제공하는 분리막합체전극 제조방법은, S1) 제1무기물 입자와 제1바인더를 포함하고, 점도가 5000cP 내지 20000cP인 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계, S2) 제2무기물 입자, 제2바인더를 포함하는 제2무기물층 슬러리를 제조하는 단계, S3) 전극집전체의 적어도 일면에 전극활물질층이 형성된 단위전극을 준비하는 단계 및 S4) 상기 S3) 단계의 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 상기 제1무기물 슬러리로 구성된 제1무기물층, 및 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물 슬러리로 구성된 제2무기물층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1무기물 입자의 직경은 상기 단위전극 전극활물질층의 기공 크기보다 크고, 상기 제2무기물 입자의 직경은 상기 제1무기물 입자의 직경보다 작으며, 상기 S1) 단계 내지 S3) 단계는 순서에 상관없이 진행되거나, 2개 이상이 동시에 진행될 수 있다.In order to achieve this purpose, the method for manufacturing a separator composite electrode provided by the present invention includes the steps of S1) preparing a first inorganic layer slurry containing first inorganic particles and a first binder and having a viscosity of 5000 cP to 20000 cP, S2) Preparing a second inorganic layer slurry containing second inorganic particles and a second binder, S3) preparing a unit electrode having an electrode active material layer formed on at least one surface of the electrode current collector, and S4) the unit of step S3) A step of forming a first inorganic layer composed of the first inorganic slurry on at least one surface of the electrode active material layer, and forming a second inorganic layer composed of the second inorganic slurry on the first inorganic layer, wherein the first inorganic layer consists of the first inorganic slurry. The diameter of the inorganic particle is larger than the pore size of the unit electrode electrode active material layer, the diameter of the second inorganic particle is smaller than the diameter of the first inorganic particle, and steps S1) to S3) are performed in any order. Alternatively, two or more may occur simultaneously.

상기 S1) 단계는, 상기 제1무기물 입자와 제1용매를 혼합하여 제1무기물 용액을 제조하는 단계; 상기 제1바인더 고분자와 상기 제1용매를 혼합한 제1바인더 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제1무기물 용액과 상기 제1바인더 용액을 혼합하여 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The step S1) includes preparing a first inorganic solution by mixing the first inorganic particles and a first solvent; Preparing a first binder solution by mixing the first binder polymer and the first solvent; And it may include mixing the first inorganic solution and the first binder solution to prepare a first inorganic layer slurry.

상기 S2) 단계는, 상기 제2무기물 입자와 제2용매를 혼합하여 제2무기물 용액을 제조하는 단계; 상기 제2바인더 고분자와 상기 제2용매를 혼합한 제2바인더 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제2무기물 용액과 상기 제2바인더 용액을 혼합하여 제2무기물층 슬러리를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The step S2) includes preparing a second inorganic solution by mixing the second inorganic particles and a second solvent; Preparing a second binder solution by mixing the second binder polymer and the second solvent; And it may include mixing the second inorganic solution and the second binder solution to prepare a second inorganic layer slurry.

상기 제1무기물 입자의 직경은 500㎚ 내지 3㎛이고, 상기 제2무기물 입자의 직경은 20㎚ 내지 300㎚일 수 있다.The first inorganic particle may have a diameter of 500 nm to 3 ㎚, and the second inorganic particle may have a diameter of 20 nm to 300 nm.

상기 S1) 단계의 제1무기물층 슬러리 및/또는 상기 S2) 단계의 제2무기물층 슬러리에 분산제를 더 포함할 수 있다.The first inorganic layer slurry in step S1) and/or the second inorganic layer slurry in step S2) may further include a dispersant.

상기 분산제는 일반적으로 전지에 사용할 수 있는 물질이면 그 종류가 한정되지 않는다. 그 일례로, 상기 분산제는 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한 상기 분산제는 산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물일 수 있다.The type of the dispersant is not limited as long as it is a material that can be generally used in batteries. As an example, the dispersant may be a mixture of one or more types selected from the group consisting of acrylic copolymers. Additionally, the dispersant may be a mixture of one or more types selected from the group consisting of acids.

상기 제2무기물 입자는 직경이 서로 다른 입자들이 혼합되어 있을 수 있다.The second inorganic particles may be a mixture of particles with different diameters.

상기 제2무기물 입자는 상기 S2) 단계에서 직경이 작은 순으로 순차적으로 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.The second inorganic particles may include sequentially mixing the second inorganic particles in descending order of diameter in step S2).

상기 제2무기물 입자를 혼합시, 입경이 작은 입자를 혼합하는 단계와 입경이 큰 입자를 혼합하는 단계 사이에 분산제를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.When mixing the second inorganic particles, the step of mixing a dispersant may be further included between the step of mixing particles with small particle diameters and the step of mixing particles with large particle diameters.

상기 제1무기물층 슬러리는 상기 제2무기물층 슬러리보다 점도가 더 높을 수 있다.The first inorganic layer slurry may have a higher viscosity than the second inorganic layer slurry.

상기 제2무기물층 슬러리의 점도는 300cP 내지 3000cP일 수 있다.The viscosity of the second inorganic layer slurry may be 300 cP to 3000 cP.

상기 S4) 단계에서, 상기 제1무기물층 슬러리와 상기 제2무기물층 슬러리는 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 동시에 코팅될 수 있다.In step S4), the first inorganic layer slurry and the second inorganic layer slurry may be simultaneously coated on at least one surface of the unit electrode electrode active material layer.

상기 S4) 단계에서, 상기 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 상기 제1무기물층 슬러리를 도포하여 상기 제1무기물층을 형성하고, 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물층 슬러리를 도포하여 제2무기물층을 형성할 수 있다.In step S4), the first inorganic material layer slurry is applied to at least one surface of the unit electrode electrode active material layer to form the first inorganic material layer, and the second inorganic material layer slurry is applied on the first inorganic material layer. A second inorganic layer can be formed.

상기 제1무기물층 및/또는 상기 제2무기물층은 형성 후 각 라미네이션하는 단계를 더 포함할 수 있다.The first inorganic layer and/or the second inorganic layer may further include a step of lamination after formation.

상기 라미네이션은 50℃ 내지 200℃에서 수행될 수 있다.The lamination may be performed at 50°C to 200°C.

상기 제1무기물 입자 및/또는 상기 제2무기물 입자는 AlOOH, Al(OH)3, Al2O3 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The first inorganic particles and/or the second inorganic particles may include at least one of AlOOH, Al(OH) 3 , and Al 2 O 3 .

상기 제2무기물 입자는 표면개질된 것일 수 있다.The second inorganic particle may be surface modified.

상기 제1바인더 고분자와 상기 제2바인더 고분자는 동일한 물질로서 분자량 또는 공중합체의 조성비에만 차이가 있을 수 있다.The first binder polymer and the second binder polymer are the same material and may differ only in molecular weight or copolymer composition ratio.

상기 제2바인더 고분자는 상기 제1바인더 고분자와 화학적 성분이 다를 수 있다.The second binder polymer may have a different chemical composition from the first binder polymer.

상기 제2바인더 고분자의 분자 구조가 가지상일 수 있다.The molecular structure of the second binder polymer may be branched.

상기 제1무기물층 및/또는 상기 제2무기물층의 두께는 각각 3㎛이상 20㎛ 미만일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1무기물층 및/또는 상기 제2무기물층의 두께는 3㎛ 이상 10㎛이하일 수 있다.The thickness of the first inorganic layer and/or the second inorganic layer may each be 3 ㎛ or more and less than 20 ㎛. Preferably, the thickness of the first inorganic layer and/or the second inorganic layer may be 3 μm or more and 10 μm or less.

상기 제1무기물층의 두께와 상기 제2무기물층의 두께를 합한 전체 무기물층의 두께는 30㎛미만일 수 있다. 바람직하게는, 전체 무기물층의 두께는 20㎛이하 일 수 있다.The total thickness of the inorganic layer, which is the sum of the thickness of the first inorganic layer and the thickness of the second inorganic layer, may be less than 30 μm. Preferably, the thickness of the entire inorganic layer may be 20㎛ or less.

상기 제1무기물층과 상기 제2무기물층의 두께는 동일한 두께일 수 있다.The first inorganic layer and the second inorganic layer may have the same thickness.

본원발명은 상기에서 언급한 제조방법 중 어느 하나에 따라 제조된 분리막합체전극일 수 있다.The present invention may be a separator composite electrode manufactured according to any one of the above-mentioned manufacturing methods.

본원발명은 또한 상기 분리막합체전극을 포함하는 전극조립체를 제공한다.The present invention also provides an electrode assembly including the separator composite electrode.

본원발명 또한 상기 분리막합체전극을 적어도 1층 이상 적층하고, 이를 라미네이션하여 단위셀을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention may also include the step of stacking at least one layer of the separator composite electrode and laminating them to manufacture a unit cell.

상기 단위셀은 20회 이상 충방전하여 사용할 수 있는 것일 수 있다.The unit cell may be capable of being used by charging and discharging more than 20 times.

본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.In the present invention, one or two or more non-conflicting configurations among the above configurations can be selected and combined.

본원발명에 따른 분리막합체전극 제조방법은 무기물 입자의 직경, 성질 및 무기물층을 형성하는 슬러리의 성질에 차이가 있는 제1무기물층과 제2무기물층을 형성하고, 제1무기물층에 의해서 기존 전극의 기공을 유지하며, 제2무기물층에서 의해서 전극의 기공이 균일하게 형성되도록 하고, 전기적 단락을 방지하는 역할을 수행하도록 한다.The method of manufacturing a separator composite electrode according to the present invention forms a first inorganic layer and a second inorganic layer that differ in the diameter and nature of the inorganic particles and the nature of the slurry forming the inorganic layer, and the existing electrode is formed by the first inorganic layer. It maintains the pores of the electrode, ensures that the pores of the electrode are formed uniformly by the second inorganic layer, and plays a role in preventing electrical short-circuiting.

본원발명에 따른 분리막합체전극은 다공성 고분자 기재가 없고, 흡열반응을 하는 무기물을 사용하기 때문에 고온에서도 뛰어난 안전성을 가진다. 또한, 제1무기물층에 의해서 단위전극 전극활물질층이 기존 기공을 유지할 수 있으므로, 종래의 분리막합체전극보다 저항이 낮은 전극조립체를 제공할 수 있다. 전극조립체의 저항이 줄어듦에 따라 전지의 용량 및 수명이 향상된다.The separator composite electrode according to the present invention has excellent safety even at high temperatures because it does not have a porous polymer substrate and uses an inorganic material that undergoes an endothermic reaction. In addition, because the first inorganic material layer allows the unit electrode electrode active material layer to maintain existing pores, an electrode assembly with lower resistance than a conventional separator composite electrode can be provided. As the resistance of the electrode assembly decreases, the capacity and lifespan of the battery improve.

본원발명은 또한 제2무기물층의 기공 크기를 조절함으로써 종래의 분리막합체전극에 대비하여 전기적 단락을 방지하는 효과가 뛰어나다. 이론적으로는 제2무기물층의 기공이 종래의 고분자 다공성 기재의 기공 크기에 접근할 정도로 줄어들 경우 종래의 고분자 다공성 기재와 유사한 정도로 전기적 단락이 방지되고, 제2무기물층 및 분리막합체전극의 내구성이 향상되는 효과를 가질 수 있다.The present invention is also more effective in preventing electrical short circuits than conventional separator composite electrodes by controlling the pore size of the second inorganic layer. In theory, if the pores of the second inorganic layer are reduced to a level that approaches the pore size of the conventional polymer porous substrate, electrical short circuits are prevented to a similar extent as those of the conventional polymer porous substrate, and the durability of the second inorganic layer and the separator composite electrode is improved. It can have an effect.

또한 분리막 기재가 없으므로, 분리막 기재가 있는 종래의 전극조립체 제조방법에 비해 제조방법이 단순하므로, 전극조립체 제조방법 및 라미네이션 공정이 간단해질 수 있다.In addition, since there is no separator substrate, the manufacturing method is simpler than the conventional electrode assembly manufacturing method with a separator substrate, so the electrode assembly manufacturing method and lamination process can be simplified.

도 1은 종래의 분리막합체전극의 모식도이다.
도 2는 본원발명의 제1실시예에 따른 분리막합체전극의 모식도이다.
도 3은 본원발명의 제2실시예에 따른 분리막합체전극의 모식도이다.
도 4는 본원발명의 제1실시예에 따른 분리막합체전극을 적층한 전극조립체의 모식도이다.
도 5는 본원발명의 제3실시예에 따른 분리막합체전극을 적층한 전극조립체의 모식도이다.
도 6은 본원발명의 제4실시예에 따른 분리막합체전극을 적층한 전극조립체의 모식도이다.
도 7은 본원발명의 비교예들과 실시예들의 45회 충방전 이후 용량유지율에 관한 그래프이다.
Figure 1 is a schematic diagram of a conventional separator composite electrode.
Figure 2 is a schematic diagram of a separator composite electrode according to the first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of a separator composite electrode according to a second embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of an electrode assembly in which separator composite electrodes are stacked according to the first embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of an electrode assembly in which separator composite electrodes are stacked according to a third embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram of an electrode assembly in which separator composite electrodes are stacked according to a fourth embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph of the capacity maintenance rate after 45 charging and discharging of the comparative examples and examples of the present invention.

이하 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, an embodiment in which the present invention can be easily implemented by a person skilled in the art to which the present invention pertains will be described in detail. However, when explaining in detail the operating principle of a preferred embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only cases where it is directly connected, but also cases where it is indirectly connected through another element in between. Additionally, including a certain component does not mean excluding other components unless specifically stated to the contrary, but rather means that other components may be further included.

이하에서는, 본원발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

이하 본원발명을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본원발명에 따른 분리막합체전극 제조방법은, S1) 제1무기물 입자와 제1바인더를 포함하고, 점도가 5000cP 내지 20000cP인 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계, S2) 제2무기물 입자, 제2바인더를 포함하는 제2무기물층 슬러리를 제조하는 단계;,S3) 전극집전체의 적어도 일면에 전극활물질층이 형성된 단위전극을 준비하는 단계 및 S4) 상기 S3) 단계의 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 상기 제1무기물 슬러리로 구성된 제1무기물층, 및 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물 슬러리로 구성된 제2무기물층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1무기물 입자의 직경은 상기 단위전극 전극활물질층의 기공 크기보다 크고, 상기 제2무기물 입자의 직경은 상기 제1무기물 입자의 직경보다 작으며, 상기 S1) 단계 내지 S3) 단계는 순서에 상관없이 진행되거나, 2개 이상이 동시에 진행될 수 있는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a separator composite electrode according to the present invention includes the steps of S1) preparing a first inorganic layer slurry containing first inorganic particles and a first binder and having a viscosity of 5000 cP to 20000 cP, S2) second inorganic particles, second Preparing a second inorganic material layer slurry containing a binder; S3) Preparing a unit electrode having an electrode active material layer formed on at least one surface of the electrode current collector; and S4) At least the electrode active material layer of the unit electrode of step S3) Forming a first inorganic layer composed of the first inorganic slurry on one surface, and a second inorganic layer composed of the second inorganic slurry on the first inorganic layer, wherein the diameter of the first inorganic particles is The pore size of the unit electrode electrode active material layer is larger, the diameter of the second inorganic particle is smaller than the diameter of the first inorganic particle, and steps S1) to S3) may be performed in any order or in two or more steps. It is characterized by the fact that it can be carried out simultaneously.

상기 S1) 단계에서 상기 제1무기물층 슬러리는 상기 제1무기물 입자와 상기 제1바인더를 제1용매에 한 번에 혼합하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제1무기물 입자와 제1용매를 혼합하여 제1무기물 용액을 제조하는 단계; 상기 제1바인더 고분자와 상기 제1용매를 혼합한 제1바인더 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제1무기물 용액과 상기 제1바인더 용액을 혼합하여 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 상기 제1무기물층 슬러리를 제조할 수 있다.In step S1), the first inorganic layer slurry may be prepared by mixing the first inorganic particles and the first binder in a first solvent at once. Additionally, mixing the first inorganic particles and a first solvent to prepare a first inorganic solution; Preparing a first binder solution by mixing the first binder polymer and the first solvent; And mixing the first inorganic solution and the first binder solution to prepare the first inorganic layer slurry.

상기와 같이 제1무기물 용액을 제조한 후, 이를 별도로 제조한 제1바인더 용액을 제조하는 단계를 거칠 경우, 제1무기물층 슬러리의 점도를 조절하기 더 쉬운 장점이 있다.If the first inorganic solution is prepared as described above and then a separately prepared first binder solution is prepared, there is an advantage that it is easier to control the viscosity of the first inorganic layer slurry.

상기와 같은 방법은 상기 제1무기물층 슬러리를 형성하는 경우에도 적용될 수 있다.The above method can also be applied when forming the first inorganic layer slurry.

본원발명에 따른 제조방법으로 제조된 분리막합체전극의 제1실시예의 모식도를 도 2에서 나타내고 있다.A schematic diagram of a first example of a separator composite electrode manufactured by the manufacturing method according to the present invention is shown in Figure 2.

도 2와 같이 본원발명의 제1실시예에 따른 분리막합체전극은, 전극활물질층(200)이 일면에 형성된 전극집전체(100)를 포함하는 단위전극(250), 상기 단위전극(250)의 일면에 형성되고, 직경이 상기 단위전극(250) 전극활물질층(200)의 기공 크기보다 큰 제1무기물 입자와 제1바인더 고분자를 포함하는 제1무기물층(300) 및 상기 제1무기물층(300)에 도포되고, 직경이 상기 제1무기물 입자보다 작은 제2무기물 입자와 제2바인더 고분자를 포함하는 제2무기물층(400)을 포함할 수 있다.As shown in Figure 2, the separator composite electrode according to the first embodiment of the present invention includes a unit electrode 250 including an electrode current collector 100 on one side of which an electrode active material layer 200 is formed, and the unit electrode 250 A first inorganic layer 300 and the first inorganic layer ( 300) and may include a second inorganic layer 400 including second inorganic particles with a diameter smaller than the first inorganic particles and a second binder polymer.

상기 단위전극(250)은 전극집전체(100) 및 이의 적어도 일면에 형성된 전극활물질층(200)으로 구성된다. 도 2는 하나의 예시로서 일면에만 형성된 전극활물질층(200)을 구비하고 있으나, 상기 전극활물질층(200)은 양면에도 형성이 가능하다.The unit electrode 250 is composed of an electrode current collector 100 and an electrode active material layer 200 formed on at least one surface thereof. Figure 2 is an example and includes the electrode active material layer 200 formed on only one side, but the electrode active material layer 200 can be formed on both sides.

따라서 본원발명의 가능한 실시예로는 전극집전체의 일면이나 양면에 형성된 전극활물층의 2가지 조합에 따른 단위전극, 상기 단위전극 전극활물질층 일면이나 양면에 형성된 무기물층의 2가지 조합이 가능하므로 총 5가지 조합이 구성될 수 있다. 구체적으로 전극집전체의 일면에 각각에 형성된 본원발명에 따른 층 2가지 조합, 전극집전체의 양면에 형성된 전극활물질층과 각 일면에 형성된 무기물층 2가지 조합, 양면 모두에 형성된 무기물층 1가지 조합으로 총 5가지 조합이 가능하다.Therefore, possible embodiments of the present invention include a unit electrode based on two combinations of electrode active material layers formed on one or both sides of the electrode current collector, and two combinations of an inorganic material layer formed on one or both sides of the unit electrode electrode active material layer. A total of 5 combinations can be formed. Specifically, a combination of two layers according to the present invention formed on each side of the electrode current collector, a combination of two electrode active material layers formed on both sides of the electrode current collector and two inorganic layers formed on each side, and a combination of one inorganic layer formed on both sides. A total of 5 combinations are possible.

상기 전극집전체(100)는 일반적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 전극집전체(100)는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 물리적 형태로 사용될 수 있다. 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 상기 전극집전체로 사용하는 물질은 특별히 제한되지 않는다. 양극집전체와 음극집전체 모두 본원발명의 전극집전체로 사용할 수 있다.The electrode current collector 100 may generally have a thickness of 3㎛ to 500㎛. The electrode current collector 100 can increase the adhesion of the electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be used in various physical forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics. The material used as the electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Both the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be used as the electrode current collector of the present invention.

상기 양극집전체는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 음극집전체는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector may be one selected from stainless steel, aluminum, nickel, titanium, and aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver, and aluminum may be preferably used. there is. The negative electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., or an aluminum-cadmium alloy.

상기 전극활물질층(200)은 전극집전체(100)의 일면 또는 양면에 형성되어 있을 수 있다. 상기 전극활물질층(200)의 두께는 전지의 용량 및 활물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 전극집전체(100)의 일면에 형성된 전극활물질층(200)은 3㎛ 내지 500㎛의 두께 일 수 있다.The electrode active material layer 200 may be formed on one or both sides of the electrode current collector 100. The thickness of the electrode active material layer 200 may vary depending on the capacity of the battery and the type of active material. In general, the electrode active material layer 200 formed on one side of the electrode current collector 100 may have a thickness of 3 μm to 500 μm.

상기 전극활물질층(200)에서 양극집전체를 사용하는 경우, 사용할 수 있는 양극활물질은 예를 들면, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 내지 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 내지 0.3 임)로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.0 내지 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등으로 구성될 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.When using a positive electrode current collector in the electrode active material layer 200, the positive electrode active materials that can be used include, for example, layered compounds such as lithium nickel oxide (LiNiO2) or compounds substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.0 to 0.1 or Li 2 Mn 3 MO 8 where M = Fe, Co Lithium manganese complex oxide expressed as Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the chemical formula is replaced with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; It may be composed of Fe 2 (MoO 4 ) 3 , etc., but is not limited to these alone.

음극집전체를 사용하는 경우, 사용할 수 있는 음극활물질은 예를 들면, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등으로 구성될 수 있다.When using a negative electrode current collector, negative electrode active materials that can be used include, for example, carbon such as non-graphitizable carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1 ) , Sn : Al, B, P, Si, elements of groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; metal complex oxides such as 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloy; tin-based alloy; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; It may be composed of Li-Co-Ni based materials, etc.

상기 전극활물질층(200)에는 도전재, 바인더를 더 포함할 수 있다.The electrode active material layer 200 may further include a conductive material and a binder.

상기 도전재는 통상적으로 전극활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material can typically be added in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the electrode active material. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; 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 may be used.

상기 바인더는 전극활물질과 도전재 등의 결합과 전극집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 전극활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-비공액형 디엔(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 1수 있다.The binder is a component that assists in the bonding of the electrode active material and the conductive material and the bonding to the electrode current collector, and is usually added in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, and polyethylene. , polypropylene, ethylene-propylene-non-conjugated diene (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers, etc.

상기 전극활물질은 그 입자의 직경 및 모양이 균일할 수도 있지만 서로 다른 크기와 모양을 가지는 다양한 입자들을 사용할 수도 있다. 상기 전극활물질의 입자의 직경은 800㎚ 내지 20㎛ 일 수 있다. 또한 상기 입자들은 구형, 막대형 등 다양한 모양을 가질 수도 있다.The electrode active material may have a uniform particle diameter and shape, but may also use various particles having different sizes and shapes. The diameter of the particles of the electrode active material may be 800 nm to 20 μm. Additionally, the particles may have various shapes, such as spherical or rod-shaped.

상기 전극집전체(10, 100), 전극활물질층(20, 200)은 이하에서 설명하는 전극집전체, 전극활물질층에 동일하게 적용된다.The electrode current collectors 10 and 100 and the electrode active material layers 20 and 200 are equally applied to the electrode current collectors and electrode active material layers described below.

상기 단위전극(250) 전극활물질층(200) 적어도 일면에는 제1무기물층(300)이 위치하고, 상기 제1무기물층의 상면에는 항상 제2무기물층(400)이 위치한다.A first inorganic layer 300 is located on at least one surface of the electrode active material layer 200 of the unit electrode 250, and a second inorganic layer 400 is always located on the upper surface of the first inorganic layer.

상기 제1무기물층(300)은 상기 단위전극(250) 전극활물질층(200) 기공 크기보다 직경이 큰 제1무기물 입자와, 이를 고정하기 위한 제1바인더 고분자를 포함할 수 있다.The first inorganic layer 300 may include first inorganic particles having a larger diameter than the pore size of the electrode active material layer 200 of the unit electrode 250, and a first binder polymer for fixing them.

또한 상기 제2무기물층(400)은 상기 제1무기물 입자의 직경보다 직경이 작은 제2무기물 입자와, 이를 고정하기 위한 제2바인더 고분자를 포함할 수 있다.Additionally, the second inorganic layer 400 may include second inorganic particles whose diameter is smaller than that of the first inorganic particles, and a second binder polymer for fixing them.

다양한 가능한 구성으로 상기 제1무기물층(300)과 상기 제2무기물층(400)은 별도의 층으로 존재할 수 있고, 한층으로 형성될 수도 있다. 상기 제1무기물층(300)과 상기 제2무기물층(400)이 한 층으로 존재하는 경우, 도 3과 같이 상기 제1무기물 입자(310)의 공극에 상기 제2무기물 입자(410)가 팩킹되는 형태로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 제1무기물 입자(310)의 중량은 전체 무기물 입자 중량을 기준으로 50% 내지 90%이고, 상기 제2무기물 입자(410)의 중량은 전체 무기물 입자의 중량을 기준으로 10% 내지 50%가 포함될 수 있다. 상기 제2무기물 입자(410)의 조성비가 커질 경우 입자 직경이 작은 상기 제2무기물 입자(410)가 전극활물질층의 기공으로 들어가 오히려 저항을 높일 수 있기 때문이다. 도 3과 같이 무기물 입자가 팩킹되는 형태를 가질 경우, 상기 제1무기물 입자(310)가 포함된 상기 제1무기물 슬러리와 상기 제2무기물 입자(410)가 포함된 상기 제2무기물 슬러리는 유사한 점도를 가진다. 이는 전극활물질의 기공으로 상기 제2무기물 입자 및 상기 제2바인더 고분자가 침투하지 않도록하기 위함이다.In various possible configurations, the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 may exist as separate layers or may be formed as a single layer. When the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 exist as one layer, the second inorganic particles 410 are packed in the pores of the first inorganic particles 310, as shown in FIG. 3. It can be configured in the form of: At this time, the weight of the first inorganic particles 310 is 50% to 90% based on the total weight of the inorganic particles, and the weight of the second inorganic particles 410 is 10% to 90% based on the weight of the total inorganic particles. 50% may be included. This is because, when the composition ratio of the second inorganic particles 410 increases, the second inorganic particles 410 with a small particle diameter may enter the pores of the electrode active material layer and increase the resistance. When the inorganic particles are packed as shown in FIG. 3, the first inorganic slurry containing the first inorganic particles 310 and the second inorganic slurry containing the second inorganic particles 410 have similar viscosity. has This is to prevent the second inorganic particles and the second binder polymer from penetrating into the pores of the electrode active material.

상기 제1무기물층(300)과 상기 제2무기물층(400)이 별도의 층으로 존재하는 경우, 상기 제1무기물층(300)은 상기 단위전극(250)과 상기 제2무기물층(400) 사이에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 제1무기물층(300)의 두께는 3㎛ 이상 20㎛ 미만일 수 있다. 상기 제1무기물층(300)이 20㎛ 이상인 경우 저항을 증가시켜 전지의 용량이 감소하는 문제점이 발생하고, 상기 제1무기물층(300)이 3㎛ 미만일 경우, 본원발명이 의도하고 있는 무기물이 전극의 기공내에 침투하지 않도록 하는 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 전기 절연의 효과가 발생하지 않게 되어 단락이 발생하게 된다. 상기 제2무기물층(400)의 두께는 3㎛ 이상 20㎛ 미만일 수 있다. 이는 상기 제1무기물층(300)과 동일하게 20㎛ 이상인 경우 저항을 증가시켜 전지의 용량이 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 지나치게 얇은 경우, 무기물층 전체의 기공크기를 줄이지 못하여 절연층의 역할을 수행하지 못하고, 전지의 단락을 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.When the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 exist as separate layers, the first inorganic layer 300 is connected to the unit electrode 250 and the second inorganic layer 400. It can be located in between. At this time, the thickness of the first inorganic layer 300 may be 3 ㎛ or more and less than 20 ㎛. If the first inorganic layer 300 is 20㎛ or more, a problem occurs in which the capacity of the battery decreases by increasing resistance, and if the first inorganic layer 300 is less than 3㎛, the inorganic material intended by the present invention The effect of preventing penetration into the pores of the electrode is not exerted. In addition, the effect of electrical insulation is lost and a short circuit occurs. The thickness of the second inorganic layer 400 may be 3 μm or more and less than 20 μm. As with the first inorganic layer 300, if it is 20㎛ or more, the resistance may increase and the capacity of the battery may decrease, and if it is too thin, the pore size of the entire inorganic layer cannot be reduced, thereby failing to function as an insulating layer. There is a problem that it cannot be performed and may cause a short circuit of the battery.

상기 제1무기물층(300)은 상기 제2무기물층(400)의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 상기 제1무기물층(300)은 상기 제2무기물층(400)을 구성하는 상기 제2무기물 입자가 전극의 기공에 침투하지 않을 정도로 형성되어 단위전극과 무기물층 사이의 경계 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1무기물층(300)과 상기 제2무기물층(400)의 두께가 지나치게 크게 차이가 나는 경우 상기 제2무기물층의 상기 제2무기물 입자가 상기 단위전극(250)의 기공에 침투할 수 있으므로, 제1무기물층(300)이 제2무기물층(400)과 유사한 두께, 즉 제1무기물층(300)은 제2무기물층(400)의 0.6배 내지 1배의 두께인 것이 바람직하다.The first inorganic layer 300 may be formed thinner than the thickness of the second inorganic layer 400. The first inorganic layer 300 is formed to the extent that the second inorganic particles constituting the second inorganic layer 400 do not penetrate into the pores of the electrode, and can serve as a boundary between the unit electrode and the inorganic layer. . If the thickness difference between the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 is too large, the second inorganic particles of the second inorganic layer may penetrate into the pores of the unit electrode 250. Therefore, it is preferable that the first inorganic layer 300 has a similar thickness to the second inorganic layer 400, that is, the first inorganic layer 300 has a thickness of 0.6 to 1 times the thickness of the second inorganic layer 400.

분리막에 해당하는 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)의 두께가 두꺼워질 경우 충방전 사이클에 따른 용량 유지율이 급격하게 떨어질 수 있다. 바람직한 제1무기물층(300) 및 제2무기물층(400) 두께는 6㎛ 이상 40㎛ 이하이다. 상기 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)의 두께는 본원발명의 모든 실시예에 동일하게 적용된다.If the thickness of the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400, which correspond to the separator, increases, the capacity maintenance rate according to the charge and discharge cycle may drop rapidly. The preferred thickness of the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 is 6 ㎛ or more and 40 ㎛ or less. The thicknesses of the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 are equally applied to all embodiments of the present invention.

전지 내부에 무기물이 침투하지 않는 분리막합체전극을 얻기 위해서는 한 층에 두 종류의 무기물을 사용하거나 다수의 층에 크기, 분포, 모양 등이 다른 무기물을 두어 혼합할 수 있다. 다만, 무기물층이 지나치게 두꺼울 경우 저항이 증가하므로, 단위전극에 무기물 입자가 침투하지 않도록 하면서 기존 분리막 기재와 동일한 기공 크기를 가지는 층의 개수를 조절할 필요가 있다. 다만 5개 이하의 층으로 배치하는 것이 적절하다.In order to obtain a separator composite electrode that does not allow inorganic substances to penetrate into the battery, two types of inorganic substances can be used in one layer, or inorganic substances of different sizes, distributions, and shapes can be mixed in multiple layers. However, if the inorganic layer is too thick, the resistance increases, so it is necessary to control the number of layers with the same pore size as the existing separator substrate while preventing inorganic particles from penetrating into the unit electrode. However, it is appropriate to place it in five or fewer floors.

상기와 같이 다층인 경우, 전체 무기물층의 기공의 평균 크기는 0.01㎛ 내지 10㎛일 수 있고, 평균 기공도는 10% 내지 95%일 수 있다. 다층 구조의 무기물층의 두께의 합은 6㎛ 이상 40㎛ 미만이어야 한다. 이는 전극 절연효과를 발휘하면서 전지의 저항을 최소화할 수 있는 범위이다.In the case of a multilayer as described above, the average size of pores of all inorganic layers may be 0.01㎛ to 10㎛, and the average porosity may be 10% to 95%. The sum of the thicknesses of the inorganic layers of the multi-layer structure must be at least 6㎛ and less than 40㎛. This is the range that can minimize the resistance of the battery while demonstrating the electrode insulation effect.

상기 제1무기물 입자의 직경은 상기 단위전극(250)의 기공 크기보다 클 수 있다.The diameter of the first inorganic particle may be larger than the pore size of the unit electrode 250.

상기 제1무기물층(300)은 상기 단위전극(250)의 기공에 무기물이 침투하지 못하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1무기물층(300)의 입자의 직경은 크기는 500㎚ 내지 3㎛일 수 있다. 다만, 상기 제1무기물층(300)의 입자의 직경은 사용하는 전극의 종류 및 대면하는 물질에 따라 차이가 있을 수 있다. 음극활물질과 음극집전체를 포함하는 전극은 기공이 평균적으로 0.5㎛~1㎛ 이내이므로, 상기 제1무기물층은 0.5㎛ 내지 8㎛의 직경을 가질 수 있다. 또한, 양극활물질과 양극집전체를 포함하는 양극의 경우, 이보다 기공이 조금 더 크기 때문에 제1무기물층(300)의 직경은 1㎛ 내지 8㎛일 수 있다. 이러한 직경의 크기는 SEM 또는 Particle Size Analyzer (제품명: MASTERSIZER 3000; 제조사: Malvern)를 이용하여 측정할 수 있다.The first inorganic layer 300 may serve to prevent inorganic substances from penetrating into the pores of the unit electrode 250. The diameter of the particles of the first inorganic layer 300 may be 500 nm to 3 μm. However, the particle diameter of the first inorganic layer 300 may vary depending on the type of electrode used and the material facing it. Since the pores of an electrode containing a negative electrode active material and a negative electrode current collector are on average within 0.5 μm to 1 μm, the first inorganic layer may have a diameter of 0.5 μm to 8 μm. Additionally, in the case of a positive electrode including a positive electrode active material and a positive electrode current collector, the pores are slightly larger, so the diameter of the first inorganic layer 300 may be 1 μm to 8 μm. This diameter size can be measured using an SEM or Particle Size Analyzer (Product Name: MASTERSIZER 3000; Manufacturer: Malvern).

상기 제1무기물층(300)은 경계를 형성하기 위해 직경이 다른 무기물들을 사용하여 형성될 수 있다. 직경이 같은 무기물들도 경계를 형성하여 제2무기물(400)이 전극의 기공에 침투하지 않도록 할 수 있으면, 사용이 가능하다.The first inorganic layer 300 may be formed using inorganic materials with different diameters to form a boundary. Inorganic materials of the same diameter can also be used if they can form a boundary to prevent the second inorganic material 400 from penetrating into the pores of the electrode.

상기 제2무기물 입자는 직경이 상기 단위전극(250) 전극활물질층(200)의 기공 크기보다 작을 수 있다. 상기 제2무기물 입자는 분리막합체전극에서 무기물층이 종래의 분리막과 같은 기공크기와 기공도를 갖도록 하여 전지의 단락을 방지하고 이온전도도를 유지하도록 하는 역할을 수행한다. 상기 제2무기물 입자의 직경은 사용하는 활물질의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 20㎚ 내지 300㎚ 일 수 있다. 더 바람직하게는 절연을 위해 20㎚ 내지 150㎚일 수 있다.The second inorganic particle may have a diameter smaller than the pore size of the electrode active material layer 200 of the unit electrode 250. The second inorganic particles play a role in preventing short circuit of the battery and maintaining ionic conductivity by ensuring that the inorganic material layer in the separator composite electrode has the same pore size and porosity as that of a conventional separator. The diameter of the second inorganic particle may vary depending on the size of the active material used, but may be 20 nm to 300 nm. More preferably, it may be 20 nm to 150 nm for insulation.

또한 상기 제2무기물 입자는 절연을 위하여 크기가 다른 두 종류의 무기물 입자를 사용할 수 있다. 크기가 다른 두 종류의 무기물 입자는 가장 큰 무기물 입자의 직경(D50)이 60㎚ 내지 300㎚일 수 있고, 가장 작은 무기물 입자의 직경(D50)은 20㎚ 내지 80㎚일 수 있다.Additionally, the second inorganic particle may be made of two types of inorganic particles of different sizes for insulation purposes. As for the two types of inorganic particles of different sizes, the diameter (D50) of the largest inorganic particle may be 60 nm to 300 nm, and the diameter (D50) of the smallest inorganic particle may be 20 nm to 80 nm.

상기와 같이 크기가 다른 무기물 입자를 사용하는 경우, 입자의 직경이 작은 무기물 입자를 먼저 혼합한 후, 입자의 직경이 큰 순으로 혼합하여 무기물층 슬러리를 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 크기가 작은 무기물 입자를 혼합한 후 분산제를 혼합하여 크기가 작은 무기물 입자가 뭉치지 않도록 한 후, 크기가 큰 무기물 입자를 혼합하는 것이 전극의 저항을 낮추는 데에 더 효율적이다. 입자의 직경이 다른 무기물은 무기물의 종류 및 용도, 성분 등에 따라 달라질 수 있으나, 직경이 큰 무기물의 입자가 직경이 작은 무기물의 입자와 유사한 범위, 즉 같거나 직경이 작은 무기물의 입자의 0.5배 내지 4배 정도 포함되어 있는 것이 바람직하다.When using inorganic particles of different sizes as described above, it is preferable to first mix the inorganic particles with a smaller diameter and then mix them in the order of the particles with a larger diameter to form an inorganic layer slurry. At this time, it is more efficient to lower the resistance of the electrode by mixing small-sized inorganic particles and then mixing a dispersant to prevent the small-sized inorganic particles from agglomerating and then mixing large-sized inorganic particles. Inorganic materials with different particle diameters may vary depending on the type, use, composition, etc. of the inorganic material, but the large diameter inorganic particles are in a similar range to the small diameter inorganic particles, that is, 0.5 times to 0.5 times the size of the inorganic particles with the same or smaller diameter. It is desirable to include about 4 times as much.

상기 제1무기물 입자는 구형, 타원형, 아령형태, 테라포트형태, 무정형 등 다양한 형태일 수 있다. 이 때, 단위전극 상에 경계를 형성하기 용이하게 층 형성시 그물구조 등 제2무기물 입자가 제1무기물층(300)을 통과하지 못하도록 할 수 있는 형태를 형성할 수 있는 모양이 바람직하다. 또한 추가의 물질을 도입하여 단층의 그물구조층을 추가로 포함할 수 있다.The first inorganic particle may be in various shapes, such as spherical, oval, dumbbell, terrapor, or amorphous. At this time, a shape that can easily form a boundary on the unit electrode and prevent the second inorganic particles from passing through the first inorganic layer 300, such as a network structure when forming the layer, is desirable. Additionally, additional materials may be introduced to further comprise a single-layer network structure.

제2무기물 입자는 다양한 형태가 가능하나, 무기물층의 기공 크기 및 기공도를 조절할 수 있으므로 구형이 바람직하다.The second inorganic particles can have various shapes, but spherical shapes are preferable because the pore size and porosity of the inorganic layer can be adjusted.

상기 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)은 절연층의 역할을 수행할 수 있다. 상기 절연층에 사용하는 제1무기물 입자와 제2무기물 입자는 이차전지의 작동 전압 범위에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이라면 상기 무기물의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다. 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.The first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 may function as an insulating layer. The type of the first and second inorganic particles used in the insulating layer is not particularly limited as long as oxidation and/or reduction reactions do not occur in the operating voltage range of the secondary battery. When inorganic particles with ion transport ability are used, battery performance can be improved by increasing ion conductivity within the electrochemical device. When inorganic particles with a high dielectric constant are used as the inorganic particles, the ionic conductivity of the electrolyte solution can be improved by contributing to an increase in the degree of dissociation of electrolyte salts, such as lithium salts, in the liquid electrolyte.

상기 제1무기물 입자와 제2무기물 입자는 화학적으로 다른 물질일 수 있다. 제1무기물 입자와 제2무기물 입자의 소재는 일반적으로 분리막에 사용하는 무기물 입자를 사용할 수 있다. 또한 본원발명에 따른 제1무기물 입자와 제2무기물 입자는 상기와 같이 화학적으로 다른 물질을 사용할 수도 있으나, 동일한 물질을 사용하는 것도 가능하다.The first inorganic particles and the second inorganic particles may be chemically different substances. The materials for the first inorganic particles and the second inorganic particles can be inorganic particles generally used in separation membranes. In addition, the first inorganic particles and the second inorganic particles according to the present invention may be chemically different materials as described above, but it is also possible to use the same material.

상기 제1무기물 입자와 제2무기물 입자의 예로는 BaTiO3, SnO2, CeO2, MgO, Mg(OH)2, NiO, CaCO3, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, SiO2, Al(OH)3, AlOOH, Al2O3, TiO2 또는 이들의 혼합체를 들 수 있다. 이 중 고온에서 흡열 특성으로 인해 안전성이 뛰어난 Al(OH)3, AlOOH를 사용하는 것이 바람직하다.Examples of the first inorganic particles and the second inorganic particles include BaTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, Mg(OH) 2 , NiO, CaCO 3 , CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , SiO 2 , Al(OH) 3 , AlOOH, Al 2 O 3 , TiO 2 or mixtures thereof may be mentioned. Among these, it is preferable to use Al(OH) 3 and AlOOH, which have excellent safety due to their endothermic properties at high temperatures.

상기 제2무기물 입자는 표면개질된 입자일 수 있다. 이러한 표면개질은 친수성 성질을 갖도록 표면처리하는 것일 수 있다. 상기 표면처리는 산성용액으로 상기 무기물 입자를 처리하는 것 일 수 있다. 상기 산성용액은 무기물의 절연성은 유지하면서 친수성 성질만을 부여할 수 있는 물질이면 무관하다. 상기 표면처리는 플라즈마 표면처리를 사용할 수 있다.The second inorganic particles may be surface-modified particles. This surface modification may be surface treatment to have hydrophilic properties. The surface treatment may be treating the inorganic particles with an acidic solution. The acidic solution may be any material that can impart only hydrophilic properties while maintaining the insulating properties of the inorganic material. The surface treatment may use plasma surface treatment.

상기 제1무기물 입자 또는 제2무기물 입자의 상기 제1무기물층 또는 제2무기물층 내의 함량은 각 제1무기물층 또는 제2무기물층의 고형분 전체 100중량부 기준으로 50중량부 내지 95중량부일 수 있고, 바람직하게는 60중량부 내지 95중량부로 포함될 수 있다. 제1무기물 입자 또는 제2무기물 입자의 함량이 제1무기물층 또는 제2무기물층 고형분 전체 100중량부 기준으로 50중량부 미만인 경우에는 바인더의 함량이 지나치게 많아 무기물 입자들 사이에 형성되는 빈 공간이 감소된다. 이 때문에 무기물층의 기공 크기 및 기공도가 줄어들어 전지의 성능이 저하될 수 있다. 또한 무기물의 함량이 무기물층 고형분 전체 100중량부 기준으로 95중량부를 초과하는 경우에는 바인더의 함량이 너무 적어 무기물 사이의 접착력이 약화되고, 전기적 단락이 발생할 수 있다.The content of the first inorganic particles or the second inorganic particles in the first inorganic layer or the second inorganic layer may be 50 parts by weight to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of each first inorganic layer or the second inorganic layer. and may preferably be included in 60 to 95 parts by weight. If the content of the first inorganic particles or the second inorganic particles is less than 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of the first inorganic layer or the second inorganic layer, the content of the binder is too high and the empty space formed between the inorganic particles is formed. It decreases. For this reason, the pore size and porosity of the inorganic material layer may decrease, thereby reducing battery performance. Additionally, if the inorganic content exceeds 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of the inorganic material layer, the binder content is too small, which weakens the adhesion between the inorganic materials and may cause an electrical short circuit.

제1무기물층(300)에서 사용되는 제1바인더 고분자는 제1무기물 입자가 서로 결합할 수 있도록 하면서 제2무기물 입자가 제1무기물층을 통과하여 단위전극에 침투하지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 제1바인더 고분자는 전지에 영향을 미치지 않으면서 결합력을 제공할 수 있으면 그 물질의 종류는 무관하다. 상기 바인더로 사용할 수 있는 물질은, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 폴리에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinylacetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오 네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 플루란(pullulan) 및 카르복실메틸셀룰로오스(carboxylmethylcellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 예로 들 수 있다.The first binder polymer used in the first inorganic layer 300 serves to allow the first inorganic particles to bond to each other while preventing the second inorganic particles from penetrating the unit electrode through the first inorganic layer. The type of material of the first binder polymer is irrelevant as long as it can provide binding force without affecting the battery. Materials that can be used as the binder include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, and polymethylmethacrylate. , polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinylacetate, polyethyleneoxide. ), polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethyl poly. Any one selected from the group consisting of vinyl alcohol (cyanoethylpolyvinylalcohol), cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxymethylcellulose, or a mixture of two or more of these An example is given.

제2바인더 고분자는 제2무기물 입자가 서로 결합할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 제2바인더 고분자는 전지에 영향을 미치지 않으면서 결합력을 제공하기만 하면 그 물질의 종류는 무관하다. 그 예로, 상기 제2바인더 고분자는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 폴리에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinylacetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오 네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 플루란(pullulan) 및 카르복실메틸셀룰로오스(carboxylmethylcellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.The second binder polymer serves to allow the second inorganic particles to bind to each other. The type of material of the second binder polymer is irrelevant as long as it provides binding force without affecting the battery. For example, the second binder polymer is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, and polymethylmethacrylate. , polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co-vinylacetate, polyethyleneoxide. ), polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethyl poly. Any one selected from the group consisting of vinyl alcohol (cyanoethylpolyvinylalcohol), cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxymethylcellulose, or a mixture of two or more of these You can use it.

제1무기물층 슬러리는 제2무기물층 슬러리보다 점도가 높을 수 있다. 상기 제1무기물층 슬러리가 제2무기물층 슬러리보다 점도가 높아 제1무기물층의 바인더가 단위전극으로 침투하지 못하도록 하는 역할과 제2무기물층(400)의 제2무기물 입자가 단위전극으로 침투하지 못하도록 하는 역할을 할 수 있다. 예로 들면, 상기 제1무기물층 슬러리가 포함된 제1무기물층 형성 슬러리는 5,000cP 내지 20,000cP의 점도를 가질 수 있고, 제2바인더 고분자가 포함된 제2무기물층 슬러리는 300cP 내지 3000cP의 점도를 가질 수 있다.The first inorganic layer slurry may have a higher viscosity than the second inorganic layer slurry. The first inorganic layer slurry has a higher viscosity than the second inorganic layer slurry, thereby preventing the binder of the first inorganic layer from penetrating into the unit electrode and preventing the second inorganic particles of the second inorganic layer 400 from penetrating into the unit electrode. It can play a role in preventing it. For example, the first inorganic layer forming slurry containing the first inorganic layer slurry may have a viscosity of 5,000 cP to 20,000 cP, and the second inorganic layer slurry containing the second binder polymer may have a viscosity of 300 cP to 3000 cP. You can have it.

상기 무기물층 슬러리의 점도는 상기 무기물층에 각 포함되어 있는 바인더 고분자에 따라 달라질 수 있다.The viscosity of the inorganic layer slurry may vary depending on the binder polymer contained in each inorganic layer.

상기 제1바인더 고분자는 제2바인더 고분자와 동일한 물질로서 분자량 또는 공중합체의 조성비에만 차이가 있을 수 있다. 상기 제1바인더 고분자의 중량 평균 분자량은 60만 내지 130만일 수 있고, 제2바인더 고분자의 중량 평균 분자량은 20만 내지 120만일 수 있다. 제1바인더 고분자는 제1무기물층(300) 고형분 전체 100 중량부 기준으로 5 중량부 내지 45 중량부일 수 있다. 또한 제2바인더 고분자는 제2무기물층(400) 고형분 전체 100 중량부 기준으로 5 내지 30 중량부일 수 있다.The first binder polymer is the same material as the second binder polymer and may differ only in molecular weight or copolymer composition ratio. The weight average molecular weight of the first binder polymer may be 600,000 to 1.3 million, and the weight average molecular weight of the second binder polymer may be 200,000 to 1.2 million. The first binder polymer may be 5 to 45 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of the first inorganic layer 300. Additionally, the second binder polymer may be 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solid content of the second inorganic layer 400.

상기 제1바인더 고분자는 제2바인더 고분자와 화학적으로 다른 물질일 수도 있다. 이 때, 제1바인더 고분자가 제2바인더 고분자보다 점도가 높으면 그 물질에는 제한이 없다.The first binder polymer may be a material that is chemically different from the second binder polymer. At this time, if the first binder polymer has a higher viscosity than the second binder polymer, there are no restrictions on the material.

상기 제2바인더 고분자의 분자구조는 가지상(branched)일 수 있다. 이 때, 상기 제1바인더 고분자는 제2바인더 고분자보다 점도가 높은 구조인 선형 분자구조를 가질 수 있다. 하지만 상기 분자구조는 예시로 적시한 것이고, 제1바인더 고분자의 점도가 제2바인더 고분자의 점도보다 높으면, 그 구조는 다양하게 선택될 수 있다.The molecular structure of the second binder polymer may be branched. At this time, the first binder polymer may have a linear molecular structure with a higher viscosity than the second binder polymer. However, the above molecular structure is given as an example, and if the viscosity of the first binder polymer is higher than the viscosity of the second binder polymer, the structure can be selected in various ways.

상기 제1바인더 고분자 및 제2바인더 고분자는 상기 언급한 분자량, 조성비, 분자구조, 화학적 성분 중 어느 하나 이상을 달리하여 선택될 수 있다.The first binder polymer and the second binder polymer may be selected by varying one or more of the above-mentioned molecular weight, composition ratio, molecular structure, and chemical composition.

또한 상기 무기물층 슬러리의 점도는 상기 무기물층 슬러리에 포함되어 있는 무기물 입자, 바인더 고분자, 분산제 등의 물질의 중량비에 따라 달라지거나, 무기물층 슬러리 내에 포함되어 있는 고형분과 용매의 비율에 따라 달라질 수 있다.In addition, the viscosity of the inorganic material layer slurry may vary depending on the weight ratio of materials such as inorganic particles, binder polymer, and dispersant contained in the inorganic material layer slurry, or may vary depending on the ratio of solid content and solvent contained in the inorganic material layer slurry. .

상기 전극집전체는 양극집전체, 음극집전체를 모두 사용할 수 있다. 상기 전극활물질은 바인더 등과 함께 혼합되어 슬러리 형태로 전극집전체 상에 도포될 수 있다. 상기 전극활물질이 포함된 슬러리(이하 '전극 슬러리')를 집전체 상에 코팅하는 방법은, 전극 슬러리를 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(Doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 방법, 다이 캐스팅(Die casting), 콤마 코팅(Comma coating), 스크린 프린팅(Screen printing), 그라비아 코팅(Gravure coating) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 별도의 기재(Substrate) 위에 전극 슬러리를 성형한 후 프레싱(Pressing) 또는 라미네이션(Lamination) 방법에 의해 집전체와 접합시키는 방법도 고려할 수 있다. 코팅 갭(Coating Gap), 전극 슬러리 용액의 농도, 또는 코팅 횟수 등을 조절하여 최종적으로 코팅되는 코팅 두께를 조절할 수 있다.The electrode current collector can be both a positive electrode current collector and a negative electrode current collector. The electrode active material may be mixed with a binder and applied on the electrode current collector in the form of a slurry. The method of coating the slurry containing the electrode active material (hereinafter referred to as 'electrode slurry') on the current collector is a method of distributing the electrode slurry on the current collector and then uniformly dispersing it using a doctor blade, etc., die Examples include die casting, comma coating, screen printing, and gravure coating. In addition, a method of forming the electrode slurry on a separate substrate and then bonding it to the current collector by pressing or lamination can also be considered. The final coating thickness can be adjusted by adjusting the coating gap, the concentration of the electrode slurry solution, or the number of coatings.

상기 전극 슬러리를 형성한 후, 이를 건조하는 과정을 거칠 수 있다. 건조 공정은, 전극집전체에 코팅된 전극 슬러리 내의 용매 및 수분을 제거하는 과정으로, 사용하는 용매에 따라 공정 과정 및 시간 등 구체적인 조건이 달라질 수 있다. 일례로, 상기 건조과정은 50℃ 내지 200℃의 진공 오븐에서 수행될 수 있다. 건조 방법으로는, 예를 들어 온풍, 열풍, 저습풍에 의한 건조, 진공 건조, (원)적외선이나 전자선 등의 조사에 의한 건조법을 들 수 있다. 건조 시간에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 30초 내지 24시간의 범위에서 행해진다.After forming the electrode slurry, it may be dried. The drying process is a process of removing solvent and moisture in the electrode slurry coated on the electrode current collector, and specific conditions such as process process and time may vary depending on the solvent used. For example, the drying process may be performed in a vacuum oven at 50°C to 200°C. Drying methods include, for example, drying with warm air, hot air, or low humidity air, vacuum drying, and drying with irradiation of (far) infrared rays or electron beams. There is no particular limitation on the drying time, but it is usually performed within the range of 30 seconds to 24 hours.

상기 건조 공정 이후에는, 냉각 과정을 더 포함할 수 있고, 상기 냉각 과정은 바인더의 재결정 조직이 잘 형성되도록 실온까지 서냉(Slow cooling)하는 것일 수 있다.After the drying process, a cooling process may be further included, and the cooling process may be slow cooling to room temperature so that the recrystallization structure of the binder is well formed.

또한, 필요한 경우 건조 공정 이후 전극의 용량 밀도를 높이고 전극집전체와 전극활물질들 간의 접착성을 증가시키기 위해서, 고온 가열된 2개의 롤 사이로 상기 단위전극을 통과시켜 원하는 두께로 압축하는 라미네이션 공정을 수행할 수 있다. 상기 라미네이션 공정은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 라미네이션 공정(Pressing)이 가능하다. 일례로, 회전 롤 사이에 통과시키거나 평판 프레스기를 이용하여 수행한다.In addition, if necessary, in order to increase the capacity density of the electrode after the drying process and increase the adhesion between the electrode current collector and the electrode active materials, a lamination process is performed in which the unit electrode is passed between two rolls heated at high temperature and compressed to the desired thickness. can do. The lamination process is not particularly limited in the present invention, and a known lamination process (pressing) is possible. For example, it is performed by passing it between rotating rolls or using a flat press.

상기 건조 과정, 냉각과정, 라미네이션공정은 각 S1), S2), S3)단계 이후에 수행될 수도 있고, S3)단계 이후에만 수행될 수도 있다.The drying process, cooling process, and lamination process may be performed after each step S1), S2), and S3), or may be performed only after step S3).

상기 단위전극의 적어도 일면에 제1무기물 입자와 제1바인더 고분자를 포함한 제1슬러리를 도포하여 제1무기물층을 형성할 수 있다. 상기 제1무기물 입자와 제1바인더 고분자는 각각 용매에 용해시켜 이를 혼합한 제1무기물층 슬러리를 형성할 수 있다. 상기 제2무기물 입자와 제2바인더 고분자를 포함한 제2슬러리층 슬러리 또한 제1무기물층 슬러리와 유사한 방법으로 형성할 수 있다. 이 때, 분산제를 사용하여 제1무기물 입자 및/또는 제2무기물 입자가 고르게 분산되도록 할 수 있다.A first slurry containing first inorganic particles and a first binder polymer may be applied to at least one surface of the unit electrode to form a first inorganic layer. The first inorganic particles and the first binder polymer may each be dissolved in a solvent and mixed to form a first inorganic layer slurry. The second slurry layer slurry containing the second inorganic particles and the second binder polymer may also be formed in a similar manner to the first inorganic layer slurry. At this time, a dispersant may be used to ensure that the first inorganic particles and/or the second inorganic particles are evenly dispersed.

상기 용매는 전지에 영향이 없고, 바인더 고분자를 용해시킬 수 있는 물질이면 제한되지 않는다. 상기 용매의 예로는, 아세톤(acetone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 메틸에틸케톤(Methylethylketone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌 클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드 (dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (Nmethyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 중 어느 하나를 들 수 있다. 상기 제1슬러리에서 사용하는 용매와 제2슬러리에서 사용하는 용매는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 상기 용매는 제1슬러리에서는 제1슬러리 고형분 100 중량부를 기준으로 100 내지 500 중량부가 사용될 수 있고, 제2슬러리에서는 제1슬러리 고형분 100 중량부를 기준으로 200 내지 1000 중량부가 사용될 수 있다.The solvent is not limited as long as it has no effect on the battery and is capable of dissolving the binder polymer. Examples of the solvent include acetone, polycarbonate, methylethylketone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, Any one of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexane, water, or mixtures thereof may be mentioned. The solvent used in the first slurry and the solvent used in the second slurry may be the same or different from each other. The solvent may be used in an amount of 100 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the first slurry in the first slurry, and 200 to 1,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the solid content of the first slurry in the second slurry.

상기 제1슬러리 또는 상기 제1슬러리를 도포하는 방법은, 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(Doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키는 방법, 다이 캐스팅(Die casting), 콤마 코팅(Comma coating), 스크린 프린팅(Screen printing), 그라비아 코팅(Gravure coating) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 별도의 기재(Substrate) 위에 전극 슬러리를 성형한 후 프레싱(Pressing) 또는 라미네이션(Lamination) 방법에 의해 집전체와 접합시키는 방법도 고려할 수 있다. 코팅 갭(Coating gap), 전극 슬러리 용액의 농도, 또는 코팅 횟수 등을 조절하여 최종적으로 코팅되는 코팅 두께를 조절할 수 있다.The first slurry or a method of applying the first slurry includes distributing it on a current collector and then uniformly dispersing it using a doctor blade, etc., die casting, or comma coating. , screen printing, gravure coating, etc. can be given as examples. In addition, a method of forming the electrode slurry on a separate substrate and then bonding it to the current collector by pressing or lamination can also be considered. The final coating thickness can be adjusted by adjusting the coating gap, the concentration of the electrode slurry solution, or the number of coatings.

상기 S4)단계에서 상기 제1슬러리의 제1무기물 입자가 그물구조를 형성하도록 도포할 수 있다. 상기 제1슬러리의 제1무기물 입자가 그물구조를 형성할 경우, 상기 구조를 통해 제2무기물 입자가 단위전극의 기공을 막지 않도록 할 수 있다.In step S4), the first inorganic particles of the first slurry may be applied to form a network structure. When the first inorganic particles of the first slurry form a network structure, the structure can prevent the second inorganic particles from blocking the pores of the unit electrode.

상기 S4)단계에서, 상기 제1무기물층 슬러리와 상기 제2무기물층 슬러리는 단위전극의 적어도 일면에 동시에 코팅될 수 있다.In step S4), the first inorganic layer slurry and the second inorganic layer slurry may be simultaneously coated on at least one surface of the unit electrode.

상기 제1무기물층 슬러리와 상기 제2무기물층 슬러리가 동시에 코팅되는 경우는, 상기 제1슬러리를 도포하면서 바로 제2슬러리를 도포하는 경우를 포함한다.The case where the first inorganic layer slurry and the second inorganic layer slurry are coated simultaneously includes the case where the second slurry is applied immediately while applying the first slurry.

상기 S4) 단계에서 상기 단위전극의 적어도 일면에 상기 제1무기물층 슬러리를 코팅, 건조한 후, 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물층 슬러리를 코팅, 건조할 수도 있다. 이 때, 각 상기 제1무기물층 슬러리를 코팅, 건조하는 단계 및 상기 제2무기물층 슬러리를 코팅, 건조하는 단계 이후에 라미네이션(Press)하는 단계를 더 포함할 수 있다.In step S4), the first inorganic layer slurry may be coated and dried on at least one surface of the unit electrode, and then the second inorganic layer slurry may be coated and dried on the first inorganic layer. At this time, the step of coating and drying each of the first inorganic layer slurry and coating and drying the second inorganic layer slurry may be further included, followed by lamination (pressing).

상기 라미네이션(Press)은 20℃ 내지 200℃로 상기 분리막합체전극을 롤 또는 평판 프레스 하는 방법일 수 있다. 상기 라미네이션(Press)을 통해 상기 분리막합체전극의 두께를 감소시켜 에너지 밀도를 상승시킬 수 있다.The lamination (press) may be a method of rolling or flat pressing the separator composite electrode at 20°C to 200°C. Energy density can be increased by reducing the thickness of the separator composite electrode through the lamination (press).

상기 라미네이션(Press)은 전극층을 형성한 이후에만 이루어지거나 제2무기물층을 형상한 이후에만 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the lamination (press) is performed only after forming the electrode layer or after forming the second inorganic layer.

본원발명은 상기에 따른 분리막합체전극 제조방법에 따라 제조된 분리막합체전극일 수 있다.The present invention may be a separator composite electrode manufactured according to the method for manufacturing a separator composite electrode described above.

또한 본원발명은 상기에 언급한 분리막합체전극을 적어도 둘 이상 적층하고 이를 라미네이션하여 단위셀을 제조하는 단계를 포함하는 단위셀 제조방법일 수 있다.In addition, the present invention may be a unit cell manufacturing method including the step of stacking at least two of the above-mentioned separator composite electrodes and laminating them to manufacture a unit cell.

상기 실시예에서 언급된 소재 및 제조방법은 본원발명의 아래 실시예 또는 비교예에서도 동일하게 적용될 수 있다.The materials and manufacturing methods mentioned in the above examples can be equally applied to the following examples or comparative examples of the present invention.

상기 전극조립체는 도 4와 같이 일면에 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)이 포함된 분리막합체전극을 적층하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)이 존재하는 면의 방향은 한 방향을 바라보도록 형성될 수 있다. 도 4에서는 음극집전체(110)와 양극집전체(120)의 일면에만 활물질층(210, 220)이 존재하는 것으로 표현하였으나, 도면과 같이 일면에 활물질층이 존재할 수 있고, 양면에 존재할 수도 있다.The electrode assembly may be formed by stacking a separator composite electrode including a first inorganic layer 300 and a second inorganic layer 400 on one side, as shown in FIG. 4. At this time, the direction of the surface on which the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 exist may be formed to face one direction. In FIG. 4, the active material layers 210 and 220 are depicted as being present only on one side of the negative electrode current collector 110 and the positive electrode current collector 120. However, as shown in the drawing, the active material layer may be present on one side or on both sides. .

상기 전극조립체는 도 4와 같이 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)이 단면에 존재하는 분리막합체전극을 전극집전체와 활물질층만이 존재하는 전극 사이에 배치하여 적층하여 형성할 수 있다.The electrode assembly is formed by stacking a separator composite electrode in which the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 are present in the cross section, as shown in FIG. 4, by placing it between the electrode current collector and the electrode in which only the active material layer is present. You can.

또한 도 5와 같이 제1무기물층(300)과 제2무기물층(400)이 양면에 존재하는 분리막합체전극만을 적층하여 전극조립체를 형성할 수도 있다.Additionally, as shown in FIG. 5, an electrode assembly may be formed by laminating only the separator composite electrode having the first inorganic layer 300 and the second inorganic layer 400 on both sides.

본원발명은 상기 기재에 따른 분리막합체전극을 포함하는 전극조립체일 수 있다. 상기 전극조립체는 분리막 기재를 포함하지 않는다.The present invention may be an electrode assembly including a separator composite electrode according to the above description. The electrode assembly does not include a separator substrate.

본원발명에서 단위전극(250)은 양극의 단위전극, 음극의 단위전극 모두를 포함하는 것이며, 전극활물질층(20, 200), 무기물층(30), 제1무기물층(300), 제1무기물 입자(310), 제2무기물층(400), 제2무기물 입자(410) 또한 양극과 음극을 모두를 포함하는 것이다.In the present invention, the unit electrode 250 includes both a positive electrode unit electrode and a negative electrode unit electrode, and includes electrode active material layers 20 and 200, an inorganic material layer 30, a first inorganic layer 300, and a first inorganic material. The particles 310, the second inorganic layer 400, and the second inorganic particles 410 also include both an anode and a cathode.

이하에서는, 본원발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1-1><Example 1-1>

S1) 직경이 500㎚ 내지 3㎛인 보헤마이트(제1무기물 입자)와 NMP용매(제1용매)와 분산제를 투입하여 교반한 제1무기물 혼합액을 제조한 후, PVdF 바인더(제1바인더 고분자)와 NMP용매(제1용매)를 혼합한 제1바인더 용액을 상기 제1무기물 혼합액과 혼합하여 슬러리 입자의 직경이 D50기준으로 500㎚ 내지 3㎛이며, 점도가 10000cP(고형분 함량 약 29중량%)인 제1무기물층 슬러리를 제조한다.S1) Boehmite (first inorganic particle) with a diameter of 500㎚ to 3㎛, NMP solvent (first solvent), and dispersant were added and stirred to prepare a first inorganic mixture, and then PVdF binder (first binder polymer) and NMP solvent (first solvent) are mixed with the first inorganic mixture, so that the slurry particles have a diameter of 500㎚ to 3㎛ based on D50 and a viscosity of 10000cP (solid content about 29% by weight). A first inorganic layer slurry is prepared.

S2) 직경이 20㎚ 내지 80㎚이고 산처리로 표면개질한 보헤마이트(제2무기물입자 일부), 분산제, 직경이 60㎚ 내지 300㎚인 보헤마이트(제2무기물 입자 일부)를 순서대로 NMP용매(제2용매)에 투입하여 교반한 제2무기물 혼합액과 PVdF 바인더(제2바인더)를 NMP용매(제2용매)에 혼합한 제2바인더 용액을 혼합하여 슬러리 입자의 직경이 D50기준으로 150㎚ 내지 1㎛이며, 점도가 2000cP(고형분 함량 약20중량%)인 제2무기물층 슬러리를 제조한다.S2) Boehmite (part of the second inorganic particle) with a diameter of 20 nm to 80 nm and surface modified by acid treatment, a dispersant, and boehmite (part of the second inorganic particle) with a diameter of 60 nm to 300 nm, in that order, NMP solvent. The second inorganic mixture solution added and stirred in (second solvent) and the second binder solution mixed with PVdF binder (second binder) in NMP solvent (second solvent) are mixed, so that the diameter of the slurry particles is 150㎚ based on D50. A second inorganic layer slurry having a thickness of 1 μm and a viscosity of 2000 cP (solid content of about 20% by weight) is prepared.

S3) 구리 전극집전체의 일면에 그래파이트를 포함하는 음극활물질층이 형성된 음극 단위전극을 준비한다.S3) Prepare a negative electrode unit electrode in which a negative electrode active material layer containing graphite is formed on one side of the copper electrode current collector.

S4) 상기 S3) 단계의 단위전극의 일면에 형성된 상기 음극활물질층 상에 상기 제1무기물층 슬러리를 도포한 후 건조하여 5㎛ 두께의 제1무기물층을 형성하고, 상기 제1무기물층 상에 5㎛ 두께의 상기 제2무기물층 슬러리를 도포한 후 건조하여 제2무기물층을 형성한다.S4) The first inorganic layer slurry is applied on the negative electrode active material layer formed on one side of the unit electrode in step S3) and then dried to form a first inorganic layer with a thickness of 5 μm, and on the first inorganic layer The second inorganic layer slurry with a thickness of 5㎛ is applied and dried to form a second inorganic layer.

S5) 상기 S4) 단계의 제2무기물층 상에 알루미늄 전극집전체의 일면에 NCM을 포함하는 양극활물질층이 형성된 단위 전극을 적층하여 단위셀을 형성한다.S5) A unit cell is formed by stacking a unit electrode on which a positive electrode active material layer containing NCM is formed on one side of an aluminum electrode current collector on the second inorganic layer of step S4).

<실시예 1-2><Example 1-2>

실시예 1-2는 실시예 1-1의 경우와 동일하게 형성하되, 제1무기물층의 두께가 10㎛, 제2무기물층의 두께가 10㎛가 되도록 단위셀을 형성한다.Example 1-2 was formed in the same manner as in Example 1-1, except that unit cells were formed so that the first inorganic layer had a thickness of 10 μm and the second inorganic layer had a thickness of 10 μm.

<비교예 1><Comparative Example 1>

비교예 1은 상기 실시예 1-1의 S1) 단계를 거치지 않고, 상기 S4) 단계에서 상기 단위 전극의 상기 음극활물질층 상에 제2무기물층 슬러리를 도포한 후 건조하여 두께가 20㎛인 제2무기물층만을 형성하는 점을 제외하고, 동일한 단계를 거쳐 비교예 1의 단위셀을 형성한다.Comparative Example 1 did not go through step S1) of Example 1-1, but applied the second inorganic layer slurry on the negative electrode active material layer of the unit electrode in step S4) and dried it to form a second inorganic material layer slurry with a thickness of 20 μm. The unit cell of Comparative Example 1 was formed through the same steps, except that only two inorganic layers were formed.

<비교예 2><Comparative Example 2>

비교예 2는 상기 실시예 1-2에서 S1) 단계의 제1무기물층 슬러리의 점도가 2000cP(고형분 함량 약 20중량%)인 점을 제외하고 동일한 단계를 거쳐 비교예 2의 단위셀을 형성한다.In Comparative Example 2, the unit cell of Comparative Example 2 was formed through the same steps in Example 1-2, except that the viscosity of the first inorganic layer slurry in step S1) was 2000 cP (solid content about 20% by weight). .

<실험 1> - 용량측정실험<Experiment 1> - Capacity measurement experiment

상기 실시예 및 비교예에 따른 단위셀을 0.3C로 충전하고 0.3C로 방전하여 초기 용량을 측정한 후 하기 표 1에 나타냈다.The unit cells according to the above examples and comparative examples were charged at 0.3C and discharged at 0.3C to measure the initial capacity and are shown in Table 1 below.

<실험 2> - 저항측정<Experiment 2> - Resistance measurement

상기 실시예 및 비교예에 따른 단위셀을 0.3C로 충전, 방전하여 1사이클 수행한 후, 0.3C로 충전하여 4.2V까지 완충시킨 후(SOC 100) 1번째 사이클의 방전 용량의 50%만 0.3C로 방전하여 DOD50(= SOC 50)을 유지하였다. DOD 50(= SOC 50%) 상태에서 3C로 10초간 방전하여 단위셀의 저항을 측정했다. 하기 표1은 DOD50(=SOC 50)일 때의 저항을 나타낸다.After performing one cycle of charging and discharging the unit cells according to the above examples and comparative examples at 0.3C, charging at 0.3C and charging to 4.2V (SOC 100), only 50% of the discharge capacity of the first cycle was 0.3C. DOD50 (= SOC 50) was maintained by discharging at C. The resistance of the unit cell was measured by discharging at 3C for 10 seconds at DOD 50 (= SOC 50%). Table 1 below shows resistance at DOD50 (=SOC 50).

<실험 3> - 용량유지율 실험<Experiment 3> - Capacity maintenance rate experiment

상기 실시예 및 비교예에 따른 단위셀을 45℃ 조건에서 충방전을 50사이클 수행하여 첫 번째 방전용량 대비 50 사이클 후 방전 용량을 계산하였다. 이 때, 충전은 0.3C로 4.2V가 될 때까지 충전하고, 방전은 1C의 정전류로 2.5V가 될 때까지 방전하였다. 이를 하기 표 1 및 도 7에 나타냈다. 도 7에서 그래프는 위에서 아래쪽으로 각각 실시예 1-1, 실시예 1-2, 비교예 1, 비교예 2이다.The unit cells according to the above examples and comparative examples were charged and discharged for 50 cycles at 45°C, and the discharge capacity after 50 cycles was calculated compared to the first discharge capacity. At this time, charging was done at 0.3C until it reached 4.2V, and discharging was done at a constant current of 1C until it reached 2.5V. This is shown in Table 1 and Figure 7 below. In Figure 7, the graphs from top to bottom are Example 1-1, Example 1-2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, respectively.

실시예 1-1Example 1-1 실시예 1-2Example 1-2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 셀 용량(mAh)Cell capacity (mAh) 69.169.1 67.067.0 65.565.5 66.166.1 저항(Ω)Resistance (Ω) 2.072.07 2.182.18 2.512.51 2.462.46 용량유지율(%)Capacity maintenance rate (%) 94.694.6 92.192.1 82.382.3 84.784.7

상기 표 1 및 도7에서 볼 수 있듯, 본원발명에 따른 실시예 1-1(Ex.1) 및 실시예 1-2(Ex.2)는 셀 용량이 비교예 1(Comp. Ex.1) 및 비교예 2(Comp. Ex.2)보다 높고, 저항 또한 낮다는 사실을 알 수 있다. 상기와 같이 셀 용량이 크고, 저항이 낮기 때문에 실시예 1-1과 실시예 1-2는 비교예 1 및 비교예 2와 비교하였을 때, 50사이클 이후의 용량유지율 또한 비교예 1 및 비교예 2보다 높다는 사실을 알 수 있다.상기와 같은 실험결과를 통해, 본원발명과 같이 무기물 입자의 직경을 다르게 한 둘 이상의 무기물층을 형성하고, 최하층을 형성하는 슬러리의 점도가 큰 경우, 제2무기물 입자 및 바인더가 전극층으로 침투하는 것이 억제되어, 초기 셀 용량, 저항, 용량유지율이 향상되는 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 1 and Figure 7, the cell capacity of Example 1-1 (Ex.1) and Example 1-2 (Ex.2) according to the present invention is that of Comparative Example 1 (Comp. Ex.1). and Comp. Ex.2, and the resistance is also low. As described above, because the cell capacity is large and the resistance is low, Examples 1-1 and 1-2 have a higher capacity retention rate after 50 cycles when compared to Comparative Examples 1 and 2. It can be seen that it is higher. Through the above experimental results, when two or more inorganic layers with different diameters of inorganic particles are formed as in the present invention, and the viscosity of the slurry forming the lowest layer is high, the second inorganic particles It can be seen that penetration of the binder into the electrode layer is suppressed, and the initial cell capacity, resistance, and capacity maintenance rate are improved.

본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.Anyone skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

10, 100: 전극집전체
110 : 음극집전체
120 : 양극집전체
20, 200 : 전극활물질층
210 : 음극활물질층
220 : 양극활물질층
250 : 단위전극
30 : 무기물층
300 : 제1무기물층
310 : 제1무기물 입자
400 : 제2무기물층
410 : 제2무기물 입자
10, 100: Electrode current collector
110: negative electrode current collector
120: positive electrode current collector
20, 200: Electrode active material layer
210: Negative active material layer
220: positive electrode active material layer
250: unit electrode
30: inorganic layer
300: first inorganic layer
310: first inorganic particle
400: Second inorganic layer
410: secondary inorganic particle

Claims (19)

S1) 제1무기물 입자와 제1바인더를 포함하고, 점도가 5000cP 내지 20000cP인 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계;
S2) 제2무기물 입자, 제2바인더를 포함하는 제2무기물층 슬러리를 제조하는 단계;
S3) 전극집전체의 적어도 일면에 전극활물질층이 형성된 단위전극을 준비하는 단계; 및
S4) 상기 S3) 단계의 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 상기 제1무기물 슬러리로 구성된 제1무기물층, 및 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물 슬러리로 구성된 제2무기물층을 형성하는 단계;
를 포함하며,
상기 제1무기물 입자의 D50 직경은 상기 단위전극 전극활물질층의 기공 크기보다 크고, 상기 제2무기물 입자의 직경은 상기 제1무기물 입자의 D50 직경보다 작으며,
상기 S1) 단계 내지 S3) 단계는 순서에 상관없이 진행되거나, 2개 이상이 동시에 진행될 수 있는 분리막합체전극제조방법에 있어서,
상기 S1) 단계는,
상기 제1무기물 입자와 제1용매를 혼합하여 제1무기물 용액을 제조하는 단계;
상기 제1바인더 고분자와 상기 제1용매를 혼합한 제1바인더 용액을 제조하는 단계; 및
상기 제1무기물 용액과 상기 제1바인더 용액을 혼합하여 제1무기물층 슬러리를 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 S2) 단계는,
상기 제2무기물 입자와 제2용매를 혼합하여 제2무기물 용액을 제조하는 단계;
상기 제2바인더 고분자와 상기 제2용매를 혼합한 제2바인더 용액을 제조하는 단계; 및
상기 제2무기물 용액과 상기 제2바인더 용액을 혼합하여 제2무기물층 슬러리를 제조하는 단계;
를 포함하며,
상기 제1무기물층 슬러리는 상기 제2무기물층 슬러리보다 점도가 더 높은 분리막합체전극 제조방법.
S1) preparing a first inorganic layer slurry containing first inorganic particles and a first binder and having a viscosity of 5000 cP to 20000 cP;
S2) preparing a second inorganic layer slurry containing second inorganic particles and a second binder;
S3) preparing a unit electrode having an electrode active material layer formed on at least one side of the electrode current collector; and
S4) Forming a first inorganic layer composed of the first inorganic slurry on at least one surface of the unit electrode electrode active material layer in step S3), and a second inorganic layer composed of the second inorganic slurry on the first inorganic layer. step;
Includes,
The D50 diameter of the first inorganic particle is larger than the pore size of the unit electrode electrode active material layer, and the diameter of the second inorganic particle is smaller than the D50 diameter of the first inorganic particle,
In the separator composite electrode manufacturing method, steps S1) to S3) may be performed in any order, or two or more steps may be performed simultaneously,
In step S1),
Preparing a first inorganic solution by mixing the first inorganic particles and a first solvent;
Preparing a first binder solution by mixing the first binder polymer and the first solvent; and
mixing the first inorganic solution and the first binder solution to prepare a first inorganic layer slurry;
Including,
In step S2),
Preparing a second inorganic solution by mixing the second inorganic particles and a second solvent;
Preparing a second binder solution by mixing the second binder polymer and the second solvent; and
mixing the second inorganic solution and the second binder solution to prepare a second inorganic layer slurry;
Includes,
A method of manufacturing a separator composite electrode wherein the first inorganic layer slurry has a higher viscosity than the second inorganic layer slurry.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1무기물 입자의 직경은 500㎚ 내지 3㎛이고,
상기 제2무기물 입자의 직경은 20㎚ 내지 300㎚인 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
The diameter of the first inorganic particle is 500 nm to 3 μm,
A method of manufacturing a separator composite electrode wherein the second inorganic particle has a diameter of 20 nm to 300 nm.
제1항에 있어서,
상기 S1) 단계의 제1무기물층 슬러리 및/또는 상기 S2) 단계의 제2무기물층 슬러리에 분산제를 더 포함하는 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
A separator composite electrode manufacturing method further comprising a dispersant in the first inorganic layer slurry of step S1) and/or the second inorganic layer slurry of step S2).
제1항에 있어서,
상기 제2무기물 입자는 직경이 서로 다른 입자들이 혼합되어 있는 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
The second inorganic particle is a separator composite electrode manufacturing method in which particles of different diameters are mixed.
제6항에 있어서,
상기 제2무기물 입자는 상기 S2) 단계에서 입자의 직경이 작은 순으로 순차적으로 혼합하는 단계가 부가되어 제조되는 분리막합체전극 제조방법.
According to clause 6,
The method of manufacturing a separator composite electrode in which the second inorganic particles are manufactured by sequentially mixing the particles in the order of decreasing diameter in step S2).
제7항에 있어서,
상기 제2무기물 입자를 혼합시, 입경이 작은 입자를 혼합하는 단계와 입경이 큰 입자를 혼합하는 단계 사이에 분산제를 혼합하는 단계를 더 포함하는 분리막합체전극 제조방법.
In clause 7,
When mixing the second inorganic particles, the method of manufacturing a separator composite electrode further includes mixing a dispersant between the step of mixing particles with small particle diameters and the step of mixing particles with large particle diameters.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2무기물층 슬러리의 점도는 300cP 내지 3000cP인 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
A method of manufacturing a separator composite electrode wherein the second inorganic layer slurry has a viscosity of 300 cP to 3000 cP.
제1항에 있어서,
상기 S4) 단계에서, 상기 제1무기물층 슬러리와 상기 제2무기물층 슬러리는 상기 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 동시에 코팅되는 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
In step S4), the first inorganic layer slurry and the second inorganic layer slurry are simultaneously coated on at least one surface of the unit electrode electrode active material layer.
제1항에 있어서,
상기 S4) 단계에서, 상기 단위전극 전극활물질층의 적어도 일면에 상기 제1무기물층 슬러리를 도포 후 건조하여 상기 제1무기물층을 형성하고, 상기 제1무기물층 상에 상기 제2무기물층 슬러리를 도포 후 건조하여 제2무기물층을 형성하는 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
In step S4), the first inorganic layer slurry is applied to at least one surface of the unit electrode electrode active material layer and dried to form the first inorganic layer, and the second inorganic layer slurry is applied on the first inorganic layer. A method of manufacturing a separator composite electrode that is applied and then dried to form a second inorganic layer.
제12항에 있어서,
상기 제1무기물층 및/또는 상기 제2무기물층은 형성 후 각각 라미네이션하는 단계를 더 포함하는 분리막합체전극 제조방법.
According to clause 12,
A separator composite electrode manufacturing method further comprising laminating each of the first inorganic layer and/or the second inorganic layer after formation.
제13항에 있어서,
상기 라미네이션은 20℃ 내지 200℃에서 수행되는 것을 포함하는 분리막합체전극 제조방법.
According to clause 13,
The method of manufacturing a separator composite electrode comprising performing the lamination at 20°C to 200°C.
제1항에 있어서,
상기 제1무기물 입자 및/또는 상기 제2무기물 입자는 AlOOH, Al(OH)3, Al2O3 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
The first inorganic particle and/or the second inorganic particle includes at least one of AlOOH, Al(OH) 3 , and Al 2 O 3 .
제1항에 있어서,
상기 제2무기물 입자는 표면개질된 것을 포함하는 분리막합체전극 제조방법.
According to paragraph 1,
A method of manufacturing a separator composite electrode, wherein the second inorganic particle includes surface modification.
제1항, 제4항 내지 제8항 및 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 분리막합체전극 제조방법에 따라 제조된 분리막합체전극.A separator composite electrode manufactured according to the method for manufacturing a separator composite electrode according to any one of claims 1, 4 to 8, and 10 to 16. 제17항에 따른 분리막합체전극을 적어도 1층 이상 적층하고, 이를 라미네이션하여 단위셀을 제조하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.A method of manufacturing an electrode assembly comprising the step of stacking at least one layer of the separator composite electrode according to claim 17 and laminating them to manufacture a unit cell. 제17항에 따른 분리막합체전극을 포함하는 전극조립체.An electrode assembly including the separator composite electrode according to claim 17.
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