KR102672541B1 - Anode material, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same - Google Patents
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Abstract
폭발 위험성을 감소시킬 수 있는 음극재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차 전지가 개시된다. 이러한 음극재는 음극 도전체 플레이트 및 다수의 음극재 활물질을 포함한다. 다수의 상기 음극재 활물질은 상기 음극 도전체 플레이트의 일면에, 접합부재를 통해 부착되며, 상기 음극재 활물질 내부에는 판상형 음극재 플레이크가 세워진 형태로 배치된다.A negative electrode material capable of reducing the risk of explosion, a method for manufacturing the same, and a secondary battery including the same are disclosed. This negative electrode material includes a negative electrode conductor plate and a plurality of negative electrode active materials. A plurality of the negative electrode active materials are attached to one surface of the negative electrode conductor plate through a bonding member, and plate-shaped negative electrode material flakes are arranged in an upright position inside the negative electrode active material.
Description
본 발명은 음극재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세히 폭발 위험성을 감소시킬 수 있는 음극재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode material, a method of manufacturing the same, and a secondary battery including the same, and more specifically, to a negative electrode material capable of reducing the risk of explosion, a method of manufacturing the same, and a secondary battery including the same.
현재, 정보화 시대가 고도화됨에 따라서, 개인이 소지하는 모바일 전자기기들이 널리 사용되고 있다. 이들 모바일 전자기기들은, 구동을 위해서, 필연적으로 전지를 필요로 하고 있다.Currently, as the information age becomes more sophisticated, mobile electronic devices owned by individuals are widely used. These mobile electronic devices inevitably require batteries to operate.
과거에는 망간전지, 알칼라인전지 등과 같이, 1회 사용하고, 방전된 경우, 폐기되는 일차전지가 주로 사용되었으나, 근래들어 폐전지의 환경오염과 비용적인 측면에서 불리한 일차전지 대신, 방전된 이후, 다시 충전이 가능하여, 반복적으로 사용될수 있는 이차전지가 많이 사용되어지고 있다.In the past, primary batteries such as manganese batteries and alkaline batteries, which were used once and discarded when discharged, were mainly used, but recently, instead of primary batteries, which are disadvantageous in terms of environmental pollution and cost, after discharge, they are used again. Secondary batteries that are rechargeable and can be used repeatedly are widely used.
이러한 이차전지는 일반적으로 양극재, 음극재, 전해질 및 분리막으로 구성된다. 이들 중에서, 양극재와 음극재는 배터리의 용량, 수명, 충전속도를 결정하는 가장 핵심이 되는 소재이다. 양극재는 리튬이온 소스로 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하고, 음극재는 충전속도와 수명을 결정한다.These secondary batteries generally consist of a positive electrode material, a negative electrode material, an electrolyte, and a separator. Among these, the anode and cathode materials are the most core materials that determine the capacity, lifespan, and charging speed of the battery. The anode material determines the capacity and average voltage of the battery as a lithium-ion source, and the cathode material determines the charging speed and lifespan.
충전시 양극재의 리튬이온이 음극재 방향으로 이동하면서, 음극재 활물질에서, 이러한 리튬이온을 저장하고 있다가, 방전시, 음극재 활물질의 리튬이온이 양극재 방향으로 이동하게 된다.When charging, lithium ions in the positive electrode material move toward the negative electrode material, and these lithium ions are stored in the negative electrode active material. When discharging, the lithium ions in the negative electrode active material move toward the positive electrode material.
이때, 음극재 활물질이 리튬이온을 저장한 경우, 부피가 증가하고, 반대로 방출하는 경우, 부피가 감소하게 되는데, 이와 같이 충방전의 횟수가 증가하게 되면, 이차전지가 파손되어 폭발의 위험성이 증가하게 된다.At this time, if the negative electrode active material stores lithium ions, the volume increases, and if it releases lithium ions, the volume decreases. If the number of charging and discharging increases, the risk of explosion due to damage to the secondary battery increases. I do it.
그에 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차전지 폭발의 위험성 감소시킬 수 있는 음극재를 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a negative electrode material that can reduce the risk of secondary battery explosion.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 음극재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing such an anode material.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 이러한 음극재를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.Another problem that the present invention aims to solve is to provide a secondary battery containing such an anode material.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 음극재는 음극 도전체 플레이트 및 다수의 음극재 활물질을 포함한다. 다수의 상기 음극재 활물질은 상기 음극 도전체 플레이트의 일면에, 접합부재를 통해 부착되며, 상기 음극재 활물질 내부에는 판상형 음극재 플레이크가 세워진 형태로 배치된다.A negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention for solving this problem includes a negative electrode conductor plate and a plurality of negative electrode active materials. A plurality of the negative electrode active materials are attached to one surface of the negative electrode conductor plate through a bonding member, and plate-shaped negative electrode material flakes are arranged in an upright position inside the negative electrode active material.
일 실시예로서, 다수의 상기 음극재 활물질은 서로 밀착 또는 접착될 수 있다.As an example, a plurality of the negative electrode active materials may be in close contact with or adhere to each other.
일 실시예로서, 상기 음극 도전체 플레이트와 상기 음극재 활물질은 서로 접착될 수 있다.In one embodiment, the negative electrode conductor plate and the negative electrode active material may be adhered to each other.
일 실시예로서, 상기 판상형 음극재 플레이크를 구성하는 물질은 실리콘, 주석, 안티몬, 그래핀을 포함할 수 있다.As an example, materials constituting the plate-shaped negative electrode material flakes may include silicon, tin, antimony, and graphene.
일 실시예로서, 상기 접합부재는, 고분자 수지와 도전체가 혼합된 것 도는 도전성 고분자 수지일 수 있다.As an example, the joining member may be a mixture of polymer resin and a conductor or a conductive polymer resin.
일 실시예로서, 상기 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나일 수 있다.As an example, the polymer resin may be any one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), and silicone rubber.
일 실시예로서, 상기 음극재 활물질은, 상기 음극 도전체 플레이트의 법선 방향과 평행한 다수의 접착층을 포함할 수 있다.As an example, the negative electrode active material may include a plurality of adhesive layers parallel to the normal direction of the negative electrode conductor plate.
일 실시예로서, 상기 음극 도전체 플레이트는 구리를 포함할 수 있다.As an example, the negative conductor plate may include copper.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 음극재 제조방법은, 판상형 음극재 플레이크, 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계와, 상기 슬러리를 이형지에 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계와, 열건조를 진행하여 상기 코팅층을 경화하는 단계와, 상기 이형지를 분리하여 플레이트를 형성하는 단계와, 점착제 또는 접착제를 이용하여 다수의 플레이트를 부착하여 접합체를 형성하는 단계와, 접합체의 두께보다 작은 간격으로 접합체를 커팅하여 음극재 활물질을 형성하는 단계, 및 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention includes forming a slurry by mixing plate-shaped negative electrode material flakes, a binder, and a solvent, coating the slurry on a release paper to form a coating layer, and heat drying. curing the coating layer, forming a plate by separating the release paper, forming a bonded body by attaching a plurality of plates using an adhesive or an adhesive, and forming a bonded body at intervals smaller than the thickness of the bonded body. It includes cutting to form a negative electrode active material, and attaching the negative electrode active material to a negative electrode metal plate.
일 실시예로서, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서, 상기 음극재 활물질의 커팅면을, 상기 음극재 메탈 플레이트에 부착할 수 있다.As an example, in the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate, the cut surface of the negative electrode active material may be attached to the negative electrode metal plate.
일 실시예로서, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서, 다수의 음극재 활물질의 커팅면의 적어도 일부가, 상기 음극재 메탈 플레이트의 표면과 접착되도록, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착할 수 있다.As an example, in the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate, the negative electrode active material is attached to the negative electrode such that at least a portion of the cutting surface of the plurality of negative electrode active materials is adhered to the surface of the negative electrode material plate. It can be attached to a metal plate.
일 실시예로서, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서, 상기 다수의 음극재 활물질은 서로 밀착 또는 접착되도록, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착할 수 있다.As an example, in the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate, the negative electrode active material may be attached to the negative electrode metal plate so that the plurality of negative electrode active materials are in close contact or adhesion to each other.
일 실시예로서, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서, 상기 음극재 활물질을 접합부재를 이용하여 상기 음극재 메탈 플레이트에 부착하고, 상기 접합부재는, 고분자 수지와 도전체가 혼합된 것 일 수 있다.As an example, in the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate, the negative electrode active material is attached to the negative electrode metal plate using a bonding member, and the bonding member is a mixture of polymer resin and conductor. It could be something.
이때, 상기 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나일 수 있다.At this time, the polymer resin may be any one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), and silicone rubber.
일 실시예로서, 상기 바인더는 SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluoroethylene) 중, 어느 하나일 수 있다.As an example, the binder may be any one of styrene butadiene rubber (SBR), carboxy methylcellulose (CMC), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polytetrafluoroethylene (PTFE).
일 실시예로서, 상기 용매는 물 또는 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 포함할 수 있다.As an example, the solvent may include water or NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone).
본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지는, 위에서 설명된 음극재, 양극재, 전해질 및 분리막을 포함한다. 상기 양극재는 상기 음극재와 이격되게 배치된다. 상기 전해질은 상기 음극재와 상기 양극재 사이에 배치된다. 상기 분리막은 상기 전해질에 배치되어, 상기 양극과 음극을 분리한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the negative electrode material, positive electrode material, electrolyte, and separator described above. The anode material is disposed to be spaced apart from the cathode material. The electrolyte is disposed between the cathode material and the anode material. The separator is disposed in the electrolyte to separate the anode and cathode.
일 실시예로서, 상기 양극재는, 플레이트 형상의 양극 도전체 플레이트 및 양극재 활물질층을 포함한다. 상기 양극재 활물질층은 상기 양극 도전체 플레이트의 일면에 형성되며, 양극재 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함한다.As an example, the positive electrode material includes a plate-shaped positive conductor plate and a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer is formed on one surface of the positive conductor plate and includes a positive electrode active material, a conductive material, and a binder.
일 실시예로서, 상기 양극재 활물질은, LiCoO2 , LiNiCoMnO2,LiMnO4 , LZO-NCM(Li2O-ZrO2 이 코팅된 LiNiXCoyMnzO2), NMC 중, 적어도 어느 하나일 수 있다.As an example, the positive electrode active material is at least one of LiCoO 2 , LiNiCoMnO 2 , LiMnO 4 , LZO-NCM ( LiNi You can.
일 실시예로서, 상기 도전재는 카본블랙,아세틸렌 블랙(acetylene black) , VGCF(Vapor grown carbon fiber), CNT, 그래핀 중, 적어도 어느 하나일 수 있다.As an example, the conductive material may be at least one of carbon black, acetylene black, vapor grown carbon fiber (VGCF), CNT, and graphene.
이와 같이 본 발명에 의한 음극재에 의하면, 판상형 음극재 플레이크가 세워진 형태로 배치되어, 음극 도전체 플레이트의 평면 방향(즉, 법선에 수직한 방향)으로 팽창이 이루어지게 되어, 폭발 위험성을 감소시킬 수 있다.According to the cathode material according to the present invention, the plate-shaped cathode material flakes are arranged in an upright form and expand in the plane direction of the cathode conductor plate (i.e., the direction perpendicular to the normal), thereby reducing the risk of explosion. You can.
또한, 상기 음극재 활물질은, 상기 음극 도전체 플레이트의 법선 방향과 평행한 다수의 접착층을 포함하는 경우, 처음으로 충전할 때, 음극재 표면에 생성되는 얇은 막인 SEI(Solid Electrolyte Interphase)를 억제할 수 있고, 덴드라이트를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 접착층의 탄성에 의해서 음극재 활물질의 팽창을 수용할 수 있다.In addition, when the negative electrode active material includes a plurality of adhesive layers parallel to the normal direction of the negative electrode conductor plate, it can suppress SEI (Solid Electrolyte Interphase), a thin film created on the surface of the negative electrode material when charging for the first time. Not only can dendrites be suppressed, but the expansion of the negative electrode active material can be accommodated by the elasticity of the adhesive layer.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시에에 의한 음극재를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 본 발명의 예시적인 일 실시에에 의한 음극재 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 단계 S150을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에서 도시된 단계 S160을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 결과로 형성된 음극재 활물질을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2에서 도시된 단계 S170을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에서 도시된 음극재를 포함한 이차전지의 개략도이다.1 is a cross-sectional view showing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing step S150 shown in FIG. 2.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing step S160 shown in FIG. 2.
Figure 5 is a cross-sectional view showing the negative electrode active material formed as a result of Figure 4.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing step S170 shown in FIG. 2.
FIG. 7 is a schematic diagram of a secondary battery including the anode material shown in FIG. 1.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다. Since the present invention can be subject to various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures may be exaggerated compared to the actual size for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.The terms used in this application are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, the meaning of A and B being 'connected' or 'combined' means that in addition to A and B being directly connected or combined, another component C is included between A and B and A and B are connected or combined. It includes
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No. Additionally, in the scope of the patent claims for the method invention, the order of each step may be changed unless each step is clearly bound to the order.
또한, 각 실시예들에서 개별적으로 설명된 구성들은, 다른 실시예들에서 적용될 수도 있다.Additionally, configurations individually described in each embodiment may be applied to other embodiments.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시에에 의한 음극재를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 음극재(N)는 음극 도전체 플레이트(NNP) 및 다수의 음극재 활물질(NAL)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the negative electrode material (N) according to an exemplary embodiment of the present invention includes a negative electrode conductor plate (NNP) and a plurality of negative electrode active materials (NAL).
상기 음극 도전체 플레이트(NNP)는 구리를 포함할 수 있다.The negative conductor plate (NNP) may include copper.
다수의 상기 음극재 활물질(NAL)은 상기 음극 도전체 플레이트의 일면(NNP)에, 접합부재(100)를 통해 부착되며, 상기 음극재 활물질(NAL) 내부에는 판상형 음극재 플레이크(1110)가 세워진 형태로 배치된다. 일 실시예로서, 상기 판상형 음극재 플레이크(1110)를 구성하는 물질은 실리콘을 포함할 수 있다. A plurality of the negative electrode active material (NAL) is attached to one side (NNP) of the negative electrode conductor plate through a
리튬이온 배터리의 음극재에는 흑연 및 실리콘이 널리 사용되고 있는데, 실리콘은 흑연에 비해 10배 가까이 리튬이온을 저장할 수 있어서, 실리콘은 매우 효율적인 음극재 재료이다. 그러나, 실리콘은 리튬이온을 저장하게 되면 부피가 팽창하여, 쇼트로 인해 폭발의 위험이 존재하게 된다.Graphite and silicon are widely used as anode materials for lithium-ion batteries. Silicon can store nearly 10 times more lithium ions than graphite, making silicon a very efficient anode material. However, when silicon stores lithium ions, its volume expands, and there is a risk of explosion due to a short circuit.
본 발명에서는 실리콘으로 구성되는 판상형 음극재 플레이크가 세워져 있어서, X방향으로 팽창하게 되므로, 팽창이 이루어 지더라도 쇼트의 위험성을 방지할 수 있어서, 폭발의 위험성을 감소시킬 수 있다. 즉, Y방향으로 팽창이 크게 이루어지는 경우, 도 7과 같이 양극재(P) 방향으로 팽창이 이루어져 쇼트의 위험성이 증가되지만, 본 발명에서는 X 방향으로 크게 팽창하게 되어 폭발의 위험성이 감소되는 것이다.In the present invention, a plate-shaped anode material flake made of silicon is erected and expands in the X direction, so even if expansion occurs, the risk of short circuit can be prevented and the risk of explosion can be reduced. That is, when the expansion is large in the Y direction, the expansion is in the direction of the anode material P as shown in FIG. 7, increasing the risk of short circuit. However, in the present invention, the expansion is large in the X direction, thereby reducing the risk of explosion.
일 실시예로서, 상기 실리콘으로 구성되는 판상형 음극재 플레이크(1110)는 일반적인 실리콘 플레이크가 적용될 수도 있고, 이와 다르게 상기 실리콘으로 구성되는 판상형 음극재 플레이크(1110)에 플라즈마 처리를 하여, 다수의 홀을 형성하여 다공성 판상형 음극재 플레이크(1110)를 형성할 수도 있다. 또한, 이러한 다공성 판상형 음극재 플레이크(1110)에 탄소, 주석, 철, 니켈, 알루미늄, 크롬 등을 이용하여 코팅을 수행할 수도 있다. 이러한 코팅은 실리콘의 팽창을 억제할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리시, 고에너지에 의한 1차 처리와 저에너지에 의한 2차 처리를 통해서 관통홀의 지름을 큰 것과 작은 것을 형성하고, 앞서 설명된 코팅공정을 통해서 지름이 큰 관통홀을 코팅재료로 채우고, 지름이 작은 관통홀은 내부에 공동으로 형성하여, 팽창을 수용할 수도 있다.As an embodiment, the plate-shaped negative
이러한 음극재 플레이크(1110)은 실리콘 이외에도, 주석, 안티몬, 그래핀 등을 포함할 수 있다.These negative
일 실시예로서, 상기 음극 도전체 플레이트(NNP)와 상기 음극재 활물질(NAL)은 접합부재(100)에 의해서 서로 접착될 수 있다. As an example, the negative conductor plate (NNP) and the negative electrode active material (NAL) may be bonded to each other by the
한편, 상기 접합부재(100)는, 고분자 수지와 도전체가 혼합된 것 또는 도전성 고분자 수지일 수 있다. 일 실시예로서, 상기 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나일 수 있다. 상기 도전체는 전류를 통하는 금속, 비금속 등이 적용될 수 있다.Meanwhile, the joining
한편, 다수의 상기 음극재 활물질(NAL)은 서로 밀착 또는 접착될 수 있다. 즉, 상기 음극재 활물질(NAL)을 상기 음극 도전체 플레이크(NNP)에 접합하는 과정에서, 상기 접합부재(100)가 상기 음극재 활물질(NAL) 사이에 스며들게 되는 경우, 상기 음극재 활물질(NAL)은 서로 접착되게 되고, 접합부재(100)가 상기 음극재 활물질(NAL) 사이에 스며들지 않는 경우, 상기 음극재 활물질(NAL)은 서로 밀착되게 된다.Meanwhile, a plurality of the negative electrode active materials (NAL) may be in close contact with or adhere to each other. That is, in the process of bonding the negative electrode active material (NAL) to the negative electrode conductor flake (NNP), when the
또한, 상기 음극재 활물질(NAL)은, 상기 음극 도전체 플레이트(NNP)의 법선 방향과 평행한 다수의 접착층(1200)을 포함할 수 있다. 따라서, 처음으로 충전할 때, 음극재 표면에 생성되는 얇은 막인 SEI(Solid Electrolyte Interphase)를 억제할 수 있다. 즉, 접착층(1200)가 존재하지 않는 경우, SEI는 전체 면적을 덮어버리게 되지만, 접착층(1200)이 존재하는 경우, 접착층(1200) 표면에는 SEI가 생성되지 않으므로, SEI는 작은 조각들로 형성되어, 음극재 활물질(NAL)로부터 쉽게 이탈될 수 있다. 또한, 이러한 접착층(1200), 덴드라이트를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 접착층(1200)의 탄성에 의해서 음극재 활물질의 팽창을 수용할 수 있다.Additionally, the anode active material (NAL) may include a plurality of
이하, 이러한 음극재를 제조하는 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing such an anode material will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 도 1에서 도시된 본 발명의 예시적인 일 실시에에 의한 음극재 제조방법을 도시한 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 음극재 제조방법에 의하면, 먼저 판상형 음극재 플레이크(1110), 바인더 및 용매를 혼합하여 슬러리를 형성한다(단계 S110). 일 실시예로서, 판상형 음극재 플레이크(1110)가 세워진 형태로 배치된다. 일 실시예로서, 상기 판상형 음극재 플레이크(1110)를 구성하는 물질은 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 바인더는 SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중, 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 용매는 물 또는 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 포함할 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, according to the method for manufacturing a negative electrode material according to an exemplary embodiment of the present invention, first, plate-shaped negative
이후, 상기 슬러리를 이형지에 코팅하여 코팅층을 형성한다(단계 S120). 이우, 코팅층을 가압하여, 상기 판상형 음극재 플레이크(1110)가 이형지에 눕혀지는 공정을 더 수행할 수도 있다. 이러한 공정은 코팅층을 가경화한 이후 수행될 수도 있다.Thereafter, the slurry is coated on release paper to form a coating layer (step S120). In this case, a process of pressing the coating layer and laying the plate-shaped negative
이후, 열건조를 진행하여 상기 코팅층을 경화한다(단계 S130).Afterwards, heat drying is performed to harden the coating layer (step S130).
이후, 상기 이형지를 분리하여 플레이트를 형성한다(단계 S140).Afterwards, the release paper is separated to form a plate (step S140).
이후, 점착제 또는 접착제를 이용하여 다수의 플레이트를 부착하여 접합체를 형성한다(단계 S150).Thereafter, a plurality of plates are attached using an adhesive or adhesive to form a joint (step S150).
도 3은 도 2에서 도시된 단계 S150을 도시한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view showing step S150 shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 이형지로 부터 분리된 다수의 플레이트(1100)에는 눕혀진 상태의 판상형 음극재 플레이크(1110)가 배열되어 있다. 이러한 다수의 플레이트(1100)는 접착제를 통해서 부착된다.Referring to FIG. 3, flat plate-shaped negative
다시 도 2를 참조하면, 이후, 접합체의 두께보다 작은 간격으로 접합체를 커팅하여 음극재 활물질을 형성한다(단계 S160).Referring again to FIG. 2, the negative electrode active material is formed by cutting the bonded body at intervals smaller than the thickness of the bonded body (step S160).
도 4는 도 2에서 도시된 단계 S160을 도시한 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view showing step S160 shown in FIG. 2.
도 4를 참조하면, 판상형 음극재 플레이트(1110)들이 눕혀져 배열되어 있는 다수의 플레이트(1100)들이 접착제(1200)에 의해 부착된 접합체는 두께 방향으로 커팅라인(CL)을 따라 커팅된다. 이때, 커팅라인(CL) 사이의 간격(d)은 상기 접합체의 두께(t) 보다 작다.Referring to FIG. 4 , a bonded body in which a plurality of
도 5는 도 4의 결과로 형성된 음극재 활물질을 도시한 단면도이다. 이와 같이, 접합체의 두께보다 작은 폭으로 커팅된 음극재 활물질(2000)이 눕혀지면, 음극재 활물질(2000) 내부의 판상형 음극재 플레이크(1110)는 세워진 상태를 유지하게 되며, 접착층(1200) 또한 세로 방향으로 형성됨을 볼 수 있다.Figure 5 is a cross-sectional view showing the negative electrode active material formed as a result of Figure 4. In this way, when the negative electrode
다시 도 2를 참조하면, 이후, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착한다(단계 S170).Referring again to FIG. 2, the negative electrode active material is attached to the negative electrode metal plate (step S170).
도 6은 도 2에서 도시된 단계 S170을 도시한 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view showing step S170 shown in FIG. 2.
도 6을 참조하면, 상기 음극재 활물질(2000)을 음극재 메탈 플레이트(NNP)에 부착하는 단계에서, 상기 음극재 활물질(2000)의 커팅면을, 상기 음극재 메탈 플레이트(NNP))에 부착할 수 있다. 이때, 다수의 음극재 활물질(2000)의 커팅면의 적어도 일부가, 상기 음극재 메탈 플레이트(NNP)의 표면과 접착되도록, 상기 음극재 활물질(2000)을 음극재 메탈 플레이트(NNP)에 부착할 수 있다. 이와 같이 다수의 음극재 활물질(2000)이 부착되어 음극 활물질층(NAL)을 형성한다. Referring to FIG. 6, in the step of attaching the negative electrode
한편, 상기 음극재 활물질(2000)을 음극재 메탈 플레이트(NNP)에 부착하는 단계에서, 상기 다수의 음극재 활물질(2000)은 서로 밀착 또는 접착되도록, 상기 음극재 활물질(2000)을 음극재 메탈 플레이트(NNP)에 부착할 수 있다.Meanwhile, in the step of attaching the negative electrode
한편, 상기 음극재 활물질(2000)은 음극재 메탈 플레이트(NNP)에 접합부재(100)를 이용하여 부착될 수 있다. 예컨대, 상기 접합부재(100)는, 고분자 수지와 도전체 또는 전도성 고분자 수지가 혼합된 것 일 수 있다.Meanwhile, the negative electrode
이때, 상기 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나일 수 있다.At this time, the polymer resin may be any one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), and silicone rubber.
도 7은 도 1에서 도시된 음극재를 포함한 이차전지의 개략도이다.FIG. 7 is a schematic diagram of a secondary battery including the anode material shown in FIG. 1.
도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 이차전지는, 앞서 설명된 방법에 의해 제조된 음극재(N), 상기 음극재(N)와 이격되게 배치된 양극재(P), 상기 음극재(N)와 상기 양극재(P) 사이에 배치된 전해질(EL), 및 상기 전해질(EL)에 배치되어, 상기 양극과 음극을 분리하는 분리막(SM)을 포함한다.Referring to FIG. 7, the secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention includes a negative electrode material (N) manufactured by the method described above, and a positive electrode material (P) disposed to be spaced apart from the negative electrode material (N). , an electrolyte (EL) disposed between the anode material (N) and the anode material (P), and a separator (SM) disposed in the electrolyte (EL) to separate the anode and the cathode.
예컨대, 상기 양극재(P)는, 플레이트 형상의 양극 도전체 플레이트(PMP), 및 상기 양극 도전체 플레이트(PMP)의 일면에 형성되며, 양극재 활물질, 도전재, 및 바인더가 혼합된 양극재 활물질층(PAL)을 포함할 수 있다.For example, the positive electrode material (P) is a plate-shaped positive conductor plate (PMP), and a positive electrode material formed on one surface of the positive conductor plate (PMP), and a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed. It may include an active material layer (PAL).
예컨대, 상기 양극재 활물질은, LiCoO2 , LiNiCoMnO2,LiMnO4 , LZO-NCM(Li2O-ZrO2 이 코팅된 LiNiXCoyMnzO2), NMC 중, 적어도 어느 하나일 수 있다.For example , the positive electrode active material may be at least one of LiCoO 2 , LiNiCoMnO 2 , LiMnO 4 , LZO-NCM ( LiNi
예컨대, 상기 도전재는 카본블랙,아세틸렌 블랙(acetylene black) , VGCF(Vapor grown carbon fiber), CNT, 그래핀 중, 적어도 어느 하나일 수 있다.For example, the conductive material may be at least one of carbon black, acetylene black, vapor grown carbon fiber (VGCF), CNT, and graphene.
예컨대, 양극 도전체 플레이트(PMP)는 알루미늄을 포함할 수 있다.For example, the positive conductor plate (PMP) may include aluminum.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 음극재에 의하면, 판상형 음극재 플레이크가 세워진 형태로 배치되어, 음극 도전체 플레이트의 평면 방향(즉, 법선에 수직한 방향)으로 팽창이 이루어지게 되어, 폭발 위험성을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the cathode material according to the present invention, the plate-shaped cathode material flakes are arranged in an upright form, so that they expand in the plane direction of the cathode conductor plate (i.e., in the direction perpendicular to the normal line), thereby increasing the risk of explosion. can be reduced.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the spirit of the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical scope.
1000: 접합체
1100: 플레이트 1110: 판상형 음극재 플레이크
1200: 접착층 2000: 음극재 활물질
N: 음극재 P: 양극재
NNP: 음극 도전체 플레이트 PMP: 양극 도전체 플레이트
PAL: 양극재 활물질층 NAL: 음극 활물질층
EL: 전해질 SM: 분리막1000: Conjugate
1100: Plate 1110: Plate-shaped anode material flake
1200: Adhesive layer 2000: Anode active material
N: cathode material P: anode material
NNP: Negative conductor plate PMP: Positive conductor plate
PAL: positive electrode active material layer NAL: negative electrode active material layer
EL: Electrolyte SM: Separator
Claims (20)
상기 음극 도전체 플레이트의 일면에, 접합부재를 통해 부착된 다수의 음극재 활물질을 포함하고,
상기 음극재 활물질 내부에는 판상형 음극재 플레이크가 세워진 형태로 배치되고,
상기 음극재 활물질은, 상기 음극 도전체 플레이트의 법선 방향과 평행한 다수의 접착층을 포함한 것을 특징으로 하는 음극재.
negative conductor plate; and
A plurality of negative electrode active materials are attached to one surface of the negative conductor plate through a joining member,
Inside the negative electrode active material, plate-shaped negative electrode material flakes are arranged in an upright position,
The negative electrode active material is a negative electrode material characterized in that it includes a plurality of adhesive layers parallel to the normal direction of the negative electrode conductor plate.
다수의 상기 음극재 활물질은 서로 밀착 또는 접착된 것을 특징으로 하는 음극재.
According to claim 1,
A negative electrode material characterized in that a plurality of the negative electrode active materials are in close contact with or adhered to each other.
상기 음극 도전체 플레이트와 상기 음극재 활물질은 서로 접착된 것을 특징으로 하는 음극재.
According to claim 1,
A negative electrode material, wherein the negative electrode conductor plate and the negative electrode active material are adhered to each other.
상기 판상형 음극재 플레이크를 구성하는 물질은 실리콘, 주석, 안티몬, 그래핀 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음극재.
According to claim 1,
A negative electrode material, characterized in that the material constituting the plate-shaped negative electrode material flake is at least one of silicon, tin, antimony, and graphene.
상기 접합부재는, 고분자 수지와 도전체가 혼합된 것 또는 전도성 고분자 수지 인 것을 특징으로 하는 음극재.
According to claim 1,
The anode material is characterized in that the joining member is a mixture of a polymer resin and a conductor or a conductive polymer resin.
상기 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음극재.
According to clause 5,
A negative electrode material characterized in that the polymer resin is any one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), and silicone rubber.
상기 음극 도전체 플레이트는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극재.
According to claim 1,
The negative electrode material is characterized in that the negative electrode conductor plate contains copper.
상기 슬러리를 이형지에 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계;
열건조를 진행하여 상기 코팅층을 경화하는 단계;
상기 이형지를 분리하여 플레이트를 형성하는 단계;
점착제 또는 접착제를 이용하여 다수의 플레이트를 부착하여 접합체를 형성하는 단계;
접합체의 두께보다 작은 간격으로 접합체를 커팅하여 음극재 활물질을 형성하는 단계; 및
상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계;
를 포함하는 음극재 제조방법.
Forming a slurry by mixing plate-shaped negative electrode material flakes, a binder, and a solvent;
Forming a coating layer by coating the slurry on release paper;
curing the coating layer by performing heat drying;
forming a plate by separating the release paper;
Forming a bonded body by attaching a plurality of plates using an adhesive or adhesive;
forming a negative electrode active material by cutting the conjugate at intervals smaller than the thickness of the conjugate; and
Attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate;
A method of manufacturing an anode material comprising.
상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서,
상기 음극재 활물질의 커팅면을, 상기 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to clause 9,
In the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate,
A method of manufacturing a negative electrode material, characterized in that the cutting surface of the negative electrode active material is attached to the negative electrode material metal plate.
상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서,
다수의 음극재 활물질의 커팅면의 적어도 일부가, 상기 음극재 메탈 플레이트의 표면과 접착되도록, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to claim 10,
In the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate,
A method of manufacturing a negative electrode material, characterized in that attaching the negative electrode active material to a negative electrode material metal plate so that at least a portion of the cutting surface of the plurality of negative electrode active materials is adhered to the surface of the negative electrode material metal plate.
상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서,
상기 다수의 음극재 활물질은 서로 밀착 또는 접착되도록, 상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to claim 11,
In the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate,
A method of manufacturing a negative electrode material, characterized in that attaching the negative electrode active material to a negative electrode metal plate so that the plurality of negative electrode active materials are in close contact with or adhere to each other.
상기 음극재 활물질을 음극재 메탈 플레이트에 부착하는 단계에서,
상기 음극재 활물질을 접합부재를 이용하여 상기 음극재 메탈 플레이트에 부착하고,
상기 접합부재는, 고분자 수지와 도전체가 혼합된 것 또는 전도성 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to clause 9,
In the step of attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate,
Attaching the negative electrode active material to the negative electrode metal plate using a joining member,
A method of manufacturing a negative electrode material, wherein the joining member is a mixture of a polymer resin and a conductor or a conductive polymer resin.
상기 고분자 수지 또는 전도성 고분자 수지는, SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), 실리콘 고무 중, 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to claim 13,
A method of manufacturing a negative electrode material, wherein the polymer resin or conductive polymer resin includes any one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), and silicone rubber.
상기 바인더는 SBR(styrene butadiene rubber), CMC(carboxy methylcellulose), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to clause 9,
A method of manufacturing a negative electrode material, wherein the binder is one of SBR (styrene butadiene rubber), CMC (carboxy methylcellulose), PVDF (Polyvinylidene fluoride), and PTFE (Polytetrafluoroethylene).
상기 용매는 물 또는 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음극재 제조방법.
According to clause 9,
A method of producing a negative electrode material, wherein the solvent includes water or NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone).
상기 음극재와 이격되게 배치된 양극재;
상기 음극재와 상기 양극재 사이에 배치된 전해질; 및
상기 전해질에 배치되어, 상기 양극과 음극을 분리하는 분리막;
을 포함하는 이차전지.
The anode material according to any one of claims 1 to 6 and claim 8;
a positive electrode material disposed to be spaced apart from the negative electrode material;
An electrolyte disposed between the cathode material and the anode material; and
a separator disposed in the electrolyte to separate the anode and the cathode;
A secondary battery containing.
상기 양극재는,
플레이트 형상의 양극 도전체 플레이트; 및
상기 양극 도전체 플레이트의 일면에 형성되며, 양극재 활물질, 도전재, 및 바인더가 혼합된 양극재 활물질층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
According to claim 17,
The cathode material is,
A plate-shaped anode conductor plate; and
A positive electrode active material layer formed on one surface of the positive conductor plate and comprising a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder;
A secondary battery comprising:
상기 양극재 활물질은, LiCoO2 , LiNiCoMnO2,LiMnO4 , LZO-NCM(Li2O-ZrO2 이 코팅된 LiNiXCoyMnzO2), NMC 중, 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
According to clause 18,
The positive electrode active material is a secondary material , characterized in that at least one of LiCoO 2 , LiNiCoMnO 2 , LiMnO 4 , LZO-NCM ( LiNi battery.
상기 도전재는 카본블랙, 아세틸렌 블랙(acetylene black) , VGCF(Vapor grown carbon fiber), CNT, 그래핀 중, 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지.
According to clause 18,
A secondary battery, wherein the conductive material is at least one of carbon black, acetylene black, vapor grown carbon fiber (VGCF), CNT, and graphene.
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KR20220060017A (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-11 | 에스케이온 주식회사 | Anode for lithium ion secondary battery, method for preparing the same and lithium ion secondary battery comprising the same |
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