KR19980074310A

KR19980074310A - Cathode electrode of lithium ion battery using metal net as current collector plate and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR19980074310A
Application number: KR1019970010062A
Authority: KR
Inventors: 선우준; 강영태; 이승연
Original assignee: 성재갑; 주식회사 엘지화학
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-11-05

Abstract

본 발명은 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 전지의 음극 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 바인더인 폴리바이닐리딘 플로라이드를 용매인 엔엠피에 녹여 균일한 바인더액을 제조하고, 상기 바인더액을 활물질과 혼합하여 균일한 패이스트로 제조하였다. 이렇게 제조된 패이스트를 집전판인 금속망위에 코팅하고, 상기 코팅후 100℃ ∼ 120℃ 의 온도로 경화시키면 활물질 필름의 두께가 200㎛ ∼ 400 ㎛를 갖는 고용량 전지를 제조할 수 있도록 함에 있는 것이다.The present invention relates to a negative electrode of a lithium ion battery using a metal net as a current collector plate and a method of manufacturing the same. In the present invention, polyvinylidene fluoride as a binder is dissolved in NMP as a solvent to prepare a uniform binder solution, and the binder solution is mixed with an active material to prepare a uniform paste. The paste thus prepared is coated on a metal mesh, which is a current collector plate, and cured at a temperature of 100 ° C. to 120 ° C. after the coating to prepare a high capacity battery having an active material film having a thickness of 200 μm to 400 μm. .

Description

Cathode electrode of lithium ion battery using metal net as current collector and manufacturing method thereof

본 발명은 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 전지의 음극 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode of a lithium ion battery using a metal net as a current collector plate and a method of manufacturing the same.

종래의 리튬 이온 전지의 음극 전극 및 그의 제조방법은 동 호일위에 용매 증발법에 의하여 제조되었다.The negative electrode of the conventional lithium ion battery and its manufacturing method were manufactured by the solvent evaporation method on the same foil.

즉, 리튬 이온 전지의 전극제조는 알루미늄호일이나 동호일위에 활물질을 용매증발법 (Solvent Casting) 에 의하여 제조한다. 이때 활물질간의 결합 및 활물질과 금속 호일간의 결합은 폴리바이닐리딘 플로라이드 (PVDF), 폴리테트라 프로르에틸렌 (PTFE) 등의 바인더가 역할을 담당하게 된다. 이와 같이 금속호일위에 용매 증발법에 의한 방법을 사용하는 것은 어떤 특별한 이유가 있다기 보다는 리튬 1차전지 전극 제조법을 그대로 활용한 것이라고 할 수 있다. 일반적으로, 리튬 이온 전지의 근원은 리튬 1 차 전지에서 비롯되고, 여기에 마그네틱 테이프 제조기술이 가미 되었다고 보면 정확하다. 따라서, 금속호일위에 용매 증발법에 의한 코팅을 하였을 때, 전극의 결함없이 증대시킬수 있는 전극 필름의 두께는 한계가 있다. 예를들면, 일반적으로 20㎛ 두께의 금속호일위에 70㎛ 의 전극 두께가 적당한 수치라고 인식되고 있다. 그러나, 대용량화 될 수록 20㎛ 두께의 금속호일에 70㎛ 의 전극을 코팅하는 것은 효율적이 될 수 없다. 대용량화의 조건은 전극의 두께를 증대시키는 것이다. 이러한 상기 방법의 음극 전극의 제조법은 저용량 소형전지에는 가능하나, 고용량 대형전지 제조에는 근본적인 한계가 있다.That is, in the electrode production of a lithium ion battery, an active material is prepared on an aluminum foil or a copper foil by solvent evaporation. In this case, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrapropylene (PTFE) plays a role in bonding between the active material and the bonding between the active material and the metal foil. Thus, using the method by the solvent evaporation method on the metal foil can be said to utilize the lithium primary battery electrode manufacturing method as it is rather than for any special reason. In general, the source of the lithium ion battery is derived from the lithium primary battery, and the magnetic tape manufacturing technology is added to it is correct. Therefore, when the coating by the solvent evaporation method on the metal foil, the thickness of the electrode film that can be increased without a defect of the electrode is limited. For example, it is generally recognized that an electrode thickness of 70 μm on a 20 μm thick metal foil is a suitable value. However, as the capacity increases, it is not efficient to coat the 70 μm electrode on a 20 μm thick metal foil. The condition for increasing the capacity is to increase the thickness of the electrode. The manufacturing method of the cathode electrode of the above method is possible for a low capacity small battery, but there is a fundamental limitation in manufacturing a high capacity large battery.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 대용량화 및 대형화에 대비한 금속망을 집전판으로 사용한 음극 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 동 금속망 (Copper mesh) 에 패이스트로 코팅하여 전극 필름의 두께를 증대시킨 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 전지의 음극 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the present invention relates to a cathode electrode using a metal mesh for current collector and large-capacity and to a method for manufacturing the same, to a copper mesh The present invention relates to a negative electrode of a lithium ion battery using a metal net coated with paste to increase the thickness of an electrode film as a current collector plate, and a method of manufacturing the same.

도 1 은 본 발명에 의한 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 음극 전극의 반쪽 전지 충, 방전 시험결과를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows the half battery charge and discharge test result of the lithium ion negative electrode which uses the metal mesh as a collector plate by this invention.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 음극 전극은 금속망을 집전판으로 사용하였다. 또, 본 발명에 의한 리튬 이온 전지의 음극 전극의 제조방법에서는, 바인더인 폴리바이닐리딘 플로라이드를 용매인 엔엠피에 녹여 균일한 바인더액을 제조하고, 상기 바인더액을 활물질인 흑연, 카본, 하드카본, 틴옥사이드등과 혼합하여 균일한 패이스트로 제조하였다. 또한 패이스트 제조시, 볼밀링과 같은 기계적인 힘을 가하게 되면 흑연의 결정 구조가 깨져 비정질화되어 활물질로서의 역할을 못하게 된다. 그러므로 기계적인 힘을 무리하게 가하지 않고 장시간 동안 믹싱하여 균일한 패이스트를 제조한다. 이렇게 제조된 패이스트를 집전판인 금속망위에 코팅하고, 상기 코팅후 100℃ ∼ 120℃ 의 온도로 경화시키면 활물질 필름의 두께는 200㎛ ∼ 400㎛ 로 측정되었다.The cathode electrode according to the present invention for achieving the above object was using a metal mesh as a current collector plate. Moreover, in the manufacturing method of the negative electrode of the lithium ion battery by this invention, the polyvinylidene fluoride which is a binder is melt | dissolved in NMP which is a solvent, and it produces a uniform binder liquid, The binder liquid is graphite, carbon, Hard carbon, tin oxide and the like were mixed to prepare a uniform paste. In addition, in the manufacture of paste, when a mechanical force such as ball milling is applied, the crystal structure of the graphite is broken and becomes amorphous, thereby preventing its role as an active material. Therefore, a uniform paste is produced by mixing for a long time without forcing mechanical force. The paste thus prepared was coated on a metal mesh, which is a current collector plate, and cured at a temperature of 100 ° C. to 120 ° C. after the coating.

패이스트에 의한 코팅이 다른 전지에서는 표준방법으로 인식이 되고 있다. 동(銅) 금속망에 300㎛ 두께로 음극 활물질을 코팅하여 반쪽 전지실험을 실시하여 본 발명의 유용성을 증명하였다.Paste coating has been recognized as a standard method in other batteries. A half cell experiment was conducted by coating a negative electrode active material on a copper metal network with a thickness of 300 μm to prove the usefulness of the present invention.

상기와 같이 구성된 본 발명의 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 전지의 음극 전극 및 그의 제조방법에 관해 도 1 을 통해 바람직한 실시예를 들어 이하 상세하게 설명하면 다음과 같다.A negative electrode of a lithium ion battery using the metal mesh of the present invention configured as described above as a current collector plate and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to FIG. 1 below.

도 1 은 본 발명에 의한 금속망을 집전판으로 사용한 리튬 이온 음극 전극의 반쪽 전지 충, 방전 시험결과를 나타내는 도면으로서, 상기한 구성과 방법에 의하여 제조된 반쪽 전지 (half cell) 는 리튬금속을 표준전극으로 하고, 격막으로는 폴리프로필렌 필름을 사용하며, 전해액으로는 에틸렌카보네이트 (EC) 계 용매에 LiPF6 리튬염이 들어가 있는 용액을 사용하였다. 그리고 상기한 본 발명에 의해 제조된 음극 전극을 갖는 반쪽전지 즉, 바인더인 폴리바이닐리딘 플로라이드를 용매인 엔엠피에 녹여 균일한 바인더액을 제조하고, 상기 바인더액을 활물질과 혼합하여 균일한 패이스트로 제조하였다. 이렇게 제조된 패이스트를 집전판인 금속망위에 코팅하고, 상기 코팅후 100℃ ∼ 120℃ 의 온도로 경화시키면 활물질 필름의 두께는 200㎛ ∼ 400㎛ 를 갖게 된다. 이렇게 제조된 음극전극이 용량의 100% 를 방전하는지 알기위하여 C/5 의 전류속도로 방전하여 용량을 측정한 후, 계산치와 비교하였다. 이 결과 C/5 의 표준전류속도에서 음극 전극은 이론용량의 100% 를 방전함을 알 수 있었다. 또한 용량과 충, 방전횟수 (Cycel life) 는 서로 상반된 관계가 있다. 그러므로, 일반적로 전지는 두 부류로 나뉘어진다. 고용량 저 충, 방전수명의 전지와 저용량 고 충, 방전수명의 전지로 동일 성분의 전지도 나뉘어지게 된다. 본 발명에 의한 전지는 고용량 전지로 분류할 수 있다. 그러므로, 고용량을 실천함에 있어서 충, 방전 횟수에 어느 정도 영향을 받는지를 알아보아야 한다. 따라서, 본 발명에 의한 반쪽 전지를 C/5 의 방전속도와 C/10 의 충전속도로 충, 방전시험을 하였다. 이 결과 도 1 에 나타난 것과 같이 충, 방전횟수 20 회에서 초기용량의 93% 를 기록하고 있음을 알 수 있다. 이것은 기존 리튬 이온 전지의 반쪽전지 시험결과와 유사한 수치이다. 그러므로, 고용량화에도 불구하고 충, 방전수명에 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing the results of a half-cell charge and discharge test of a lithium ion negative electrode using a metal net according to the present invention as a current collector plate. As a standard electrode, a polypropylene film was used as a diaphragm, and a solution containing LiPF 6 lithium salt in an ethylene carbonate (EC) solvent was used as an electrolyte. Then, a half battery having a negative electrode manufactured according to the present invention, that is, a polyvinylidene fluoride as a binder is dissolved in NMP as a solvent to prepare a uniform binder solution, and the binder solution is mixed with an active material to produce a uniform binder solution. Prepared with a paste. The paste thus prepared is coated on a metal mesh, which is a current collector plate, and cured at a temperature of 100 ° C. to 120 ° C. after the coating to have a thickness of the active material film having a thickness of 200 μm to 400 μm. In order to know whether the prepared cathode electrode discharged 100% of the capacity, the battery was discharged at a current rate of C / 5 to measure the capacity, and then compared with the calculated value. As a result, it was found that the cathode electrode discharged 100% of the theoretical capacity at the standard current rate of C / 5. In addition, the capacity and the number of charge and discharge cycles (Cycel life) have a mutually opposite relationship. Thus, batteries are generally divided into two classes. A battery of the same component is also divided into a high capacity low charge and discharge life battery and a low capacity high charge and discharge life battery. Batteries according to the present invention can be classified into high capacity batteries. Therefore, it is necessary to find out how much the number of charges and discharges is affected in the practice of high capacity. Therefore, the half battery according to the present invention was charged and discharged at a discharge rate of C / 5 and a charge rate of C / 10. As a result, as shown in FIG. 1, 93% of the initial capacity was recorded at 20 charge and discharge cycles. This is similar to the half cell test result of the conventional lithium ion battery. Therefore, it can be seen that the charging and discharging life is not significantly affected despite the increase in capacity.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 금속망을 집전판으로 사용한 음극 전극 및 그의 제조방법을 제공함으로서, 동(銅) 금속망 (Copper mesh) 에 패이스트로 코팅하여 전극 필름의 두께를 증대시켜 고용량 전지를 얻을 수 있어 대용량 및 대형화에 기여 가능하고 또, 고용량화에도 불구하고 충, 방전수명에 큰 영향을 주지 않는 전지를 제조 가능케 하여, 앞으로 사용될 전기 자동차나 산업용의 대형전지의 부피를 현저히 줄여 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, by providing a cathode electrode using a metal mesh as a current collector plate and a method of manufacturing the same, the thickness of the electrode film is increased by coating the copper mesh with a paste It is possible to obtain high capacity battery by contributing to large capacity and large size, and it is possible to manufacture battery which does not affect charging and discharging life in spite of high capacity. There is an effect that can be miniaturized.

Claims

A negative electrode of a lithium ion battery, wherein the current collector plate of the negative electrode is made of a metal network.

In the manufacturing method of the negative electrode of a lithium ion battery,

Dissolving polyvinylidene fluoride as a binder in NMP as a solvent to prepare a uniform binder liquid,

Mixing the binder liquid with an active material to prepare a uniform paste;

Coating the paste prepared in the step on a metal mesh serving as a current collector plate;

And a step of curing at a temperature of 100 ° C. to 120 ° C. after the coating step to make the thickness of the active material film to 200 μm to 400 μm.

3. The method of claim 2, wherein the active material is one of graphite, carbon, hard carbon, and tin oxide.

The method of manufacturing a negative electrode of a lithium ion battery according to claim 2, wherein the metal mesh is made of copper.