KR20090066022A

KR20090066022A - 잉크젯 인쇄용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및이차전지

Info

Publication number: KR20090066022A
Application number: KR1020070133606A
Authority: KR
Inventors: 최재만; 권문석; 황승식; 김한수; 박진환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-23
Also published as: JP2009152180A; US20090152509A1; JP5571304B2; US7807072B2; KR101345385B1

Abstract

잉크젯용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및 이차전지가 제공된다.

상기 잉크젯용 전극 조성물은 산화물, 도전제, 보습제, 바인더 및 수계 용매를 포함하며, 상기 바인더의 수용액 1중량%에서의 점도가 2 내지 20cps이다.

상기 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 잉크젯 인쇄시 노즐에서의 토출 성능을 개선하기 위하여 적절한 점도를 갖는 바인더를 채택함으로써, 노즐 막힘 없이 잉크젯 인쇄 방식을 사용하여 집전체 상에 원하는 패턴을 얇고 균일하고 평탄하게 제조하면서도 경제적으로 전극 및 이차 전지를 형성할 수 있게 된다.

Description

잉크젯 인쇄용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및 이차전지{Electrode composition for inkjet printing, and electrode and lithium batter obtained from the same}

본 발명은 잉크젯용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및 이차전지에 관한 것으로 박형 전극을 구성하기 위한 잉크젯용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및 이차전지에 관한 것이다.

최근 이동전화, 개인휴대용 정보단말기(PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP) 등의 휴대용 전자기기의 전원; 고출력용 하이브리드 자동차, 전기자동차 등의 모터 구동용 전원; 전자잉크(e-ink), 전자 종이(e-paper), 플렉서블 액정표시소자(LCD), 플렉서블 유기다이오드(OLED) 등의 플렉서블 디스플레이용 전원;으로서 이차 전지의 사용이 급속히 증가하고 있으며, 향후 인쇄회로 기판 상의 집적회로 소자용 전원으로서도 응용 가능성이 높아지고 있다. 그러나 휴대용 전자기기의 전원으로 사용될 경우 안전성을 위한 패키징으로 인해 다양한 제품 디자인에 제약이 가해지며, 모토 구동용 전원으로서 사용되는 경우에는 고출력화, 소형 및 경량화에 대한 필요성이 증가하고 있고, 플렉서블 디스플레이용 전원으로 사용하는 경우에는 얇고 가벼우면서도 구부림이 가능하도록 제조되어야 하며, 집적회로 소자용 전원으로서 사용하기 위해서는 일정한 형태로 패터닝이 가능해야 한다.

이와 같은 이차전지에 요구되는 다양한 요구를 충족시키기 위한 전극 제조 방법으로서 기존의 슬러리 코팅 방식 대신 잉크젯 인쇄 방식이 주목을 받고 있다. 이와 같은 잉크젯 인쇄 방식은 이차전지용 전극을 얇고 균일하면서도 평탄하게 제조할 수 있으며 원하는 형태의 패턴을 경제적으로 제조할 수 있다는 특징을 갖는다.

상기와 같은 잉크젯 인쇄는 사용자가 원하는 패턴을 비교적 높은 해상도와 저비용으로 인쇄할 수 있으므로, 가정용 또는 사무용 프린터에 널리 적용되어 있는 인쇄 방식으로서, 원하는 위치에 필요한 양만 도포하는 드롭 온 디맨드(drop-on-demand) 방식을 사용하므로 불필요하게 소모되는 재료를 경감할 수 있고, 환경친화적 장점으로 인해 디스플레이용 전극, 칼라필터 등 산업용으로 그 응용범위가 확대되는 추세에 있다.

상기와 같은 잉크젯 인쇄 방식을 채용한 잉크젯 프린터의 기록방식은 기포를 형성하고, 그 힘에 의해 잉크를 분사하는 열분사 방식과 압전소자를 이용하여 전류의 세기를 조절함으로써 잉크를 분사하는 피에조 방식으로 구분된다. 어떠한 방식에서든지 20 내지 50㎛ 정도의 작은 노즐로부터 잉크를 토출시키기 때문에 잉크에 포함되어 있는 미립자에 의해 노즐 막힘이 생기기 쉬워 항상 안정한 잉크 토출을 확보할 수 있는 신뢰성이 다른 어떠한 요구사항보다 우선시 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 잉크 노즐에서의 증발을 억제할 수 있도록 글리콜 또는 글리세롤 과 같은 보습제(습윤제)를 많이 첨가하고 있다.

그러나 종래의 잉크젯 인쇄용 잉크를 그대로 사용하여 전극용 패턴을 제조할 경우, 전극 제조시 집전체와 전극 성분과의 결착력 강화 및 충방전시 전극의 부피 변화로 인한 전극의 훼손 방지를 위해 첨가되는 바인더로 인해 상기 잉크의 점도가 높아져 노즐에서의 토출이 곤란하다는 문제가 발생한다.

본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 바인더를 사용하면서도 잉크젯 인쇄에 적합한 점도를 갖는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 집전체 상에 상기 전극 조성물을 잉크젯 인쇄하여 얻어진 전극을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3 과제는 상기 전극을 구비한 이차전지를 제공하는 것이다.

상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

산화물, 도전제, 보습제, 바인더 및 수계 용매를 포함하며,

상기 바인더의 수용액 1중량%에서의 점도가 2 내지 20cps인 잉크젯 인쇄용 전극 조성물을 제공한다.

상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 잉크젯 인쇄용 전극 조성물을 집전체 상에 잉크젯 인쇄하여 얻어지는 전극을 제공한다.

상기 제3 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 전극을 구비한 이차전지를 제공한다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 잉크젯 인쇄시 노즐에서의 토출 성능을 개선하기 위하여 적절한 점도를 갖는 바인더를 채택함으로써, 노즐 막힘 없이 잉크젯 인쇄 방식을 사용하여 집전체 상에 원하는 패턴을 얇고 균일하고 평탄하게 제조하면서도 경제적으로 전극을 형성할 수 있게 된다.

상기 본 발명에 따른 인쇄용 전극 조성물은 도 1에 나타낸 바와 같이 산화물, 도전제, 보습제, 바인더 및 수계 용매 등을 포함하며, 상기 바인더의 수용액 1중량%에서의 점도는 2 내지 20cps의 값을 갖는다. 이와 같이 낮은 점도를 가짐에 따라 바인더를 사용함에도 잉크젯 인쇄시 노즐 막힘을 최소화시키면서 전극 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

상기 바인더는 잉크젯 인쇄 후 각 구성성분의 결착력을 강화시키기 위하여 사용되며, 예를 들어 산화물간, 산화물과 도전제, 산화물과 집전체 사이의 결착력을 강화시키기 위하여 사용된다. 또한 전지의 충방전시 전극의 부피 변화를 억제하기 위한 목적으로도 사용된다.

이와 같은 바인더로는 폴리비닐알콜, 에틸렌-프로필렌-디엔 3원 공중합체, 스틸렌-부타디엔 고무, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리테드라플루오로에틸렌, 테트라플루오루에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 카르복시메틸셀룰로스 중 임의 의 성분을 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용 가능하나, 카르복시메틸셀룰로스가 보다 바람직하며, 카르복시메틸셀룰로스 가운데서도 에테르화도 0.8 내지 1.0인 것이 더욱 바람직하다.

사용된 카르복시메틸셀룰로스는 하기 화학식 1로 나타낸는 물질로서 글루코스 단량체를 기본으로 하여 셀룰로스의 수산화기를 카르복시메틸기로 치환시켜 만들어진 음이온성의 수용성 셀룰로스이다. 여기서 에테르화도는 하기 분자식의 y의 값으로서 카르복시메틸기가 에테르결합하고 있는 정도를 나타내는 것으로, 이론적으로 3까지 가능하나, 상용제품에서는 0.2 내지 1.5 범위의 값을 갖는다. 0.8 이하의 경우는 물에 용해되기 어렵고, 1.0 이상에서는 수용액에서의 점도가 필요 이상으로 증가할 우려가 있다.

<화학식 1>

식중, R은 H 또는 CH₂COONa를 나타낸다.

분자식 = [C₆H₇O₂(OH)_x(OCH₂COONa)_y]_n

n = 중합도

x = 1.50 내지 2.80

y = 0.2 내지 1.50 (에테르화도)

x + y = 3.0

바람직한 바인더 성분인 상기 카르복시메틸셀룰로스의 특징을 표현하는 값으로서, 수용액 1중량%일 때의 점도를 예로 들 수 있다. 이와 같은 점도는 중합도가 커질수록, 즉 분자량이 높을수록 증가하여 결착력이 높아지나 잉크의 점도도 상승하게 되어 적정한 점도의 카르복시메틸셀룰로스를 선택할 필요가 있다. 본 발명에서는 이와 같은 점도로서 1 내지 100cps, 바람직하게는 2 내지 20cps를 선택하는 것이 바람직하며, 상기 점도가 100cps를 초과하는 경우, 잉크젯 인쇄시 노즐 막힘이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 전극 조성물에 사용되는 산화물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으며, 이차전지의 전극 활물질로 사용되는 통상의 산화물 입자들 중 임의의 것을 사용 가능하며, 적절한 입자의 함량은 전체 조성물의 0.1 내지 10중량%, 좀 더 바람직하게는 1 내지 5중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 인쇄 효율이 낮아지는 단점이 있으며, 상기 함량이 10중량%를 초과하면 입자간 응집현상이 잘 일어나고, 점도가 높아져 조성물의 안정성과 토출성이 떨어지는 단점이 있다.

상기 산화물로서는 양극 활물질 또는 음극 활물질을 예로 들 수 있으며, 상기 양극 활물질로서는 LiCoO₂ 등의 Li-Co계 복합 산화물, LiNiO₂ 등의 Li-Ni계 복합 산화물, LiMn₂O₄, LiMnO₂ 등의 Li-Mn계 복합 산화물, Li₂Cr₂O₇, Li₂CrO₄ 등의 Li-Cr계 복합 산화물, LiFeO₂ 등의 Li-Fe계 복합 산화물, Li-V 계 복합 산화물 등을 예로 들 수 있으며, 음극 활물질로서는 Li₄Ti₅O₁₂ 등의 Li-Ti계 복합 산화물, SnO₂, In₂O₃, Sb₂O₃ 등의 전이 금속산화물, 그래파이트, 하드카본, 아세틸렌블랙, 카본블랙 등의 카본계 물질을 사용할 수 있다.

상기 산화물 입자의 전도성을 향상시키기 위하여 도전제를 첨가하며, 이와 같은 도전제로는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 그래파이트, 탄소섬유, 카본나노튜브 등을 사용할 수 있으며, 상기 산화물 입자의 1 내지 20중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 도전제의 함량이 1중량% 미만이면 도전성이 저하되고, 20중량%를 초과하면 전극의 활성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

상기 전극 조성물에 포함되는 수계 용매로는 물, 예를 들어 탈이온수를 주성분으로 하며, 건조속도를 조절하기 위해 에탄올, 메탄올, 부탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 이소부틸알코올, N-메틸-2-피롤리돈 등의 알코올류를 혼합한 용매를 사용하며, 전체 조성물의 80 내지 99중량%인 것이 바람직하다. 상기 수계 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 점도가 지나치게 높거나 낮아지므로 바람직하지 않다.

상기 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 보습제를 포함하며, 이와 같은 보습제는 노즐에서 잉크의 건조를 억제하여 노즐막힘을 방지하는 역할을 수행하며, 예를 들어 글리콜류, 글리세롤, 피롤리돈 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 상기 전체 조성물 중량을 기준으로 5 내지 40중량%의 함량으로 사용할 수 있다. 상 기 함량이 5중량% 미만이면 충분한 보습 효과를 얻을 수 없으며, 40중량%를 초과하는 경우 용매극성이 낮아져 입자간 응집현상과 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 산화물 입자와 도전제의 분산을 위하여 분산제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 분산제는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 지방산염, 알킬디카르복시산염, 알킬황산에스테르염, 다가황산에스테르알콜염, 알킬나프탈렌황산염, 알킬벤젠황산염, 알킬나프탈렌황산에스테르염, 알킬술폰숙신산염, 나프텐산염, 알킬에테르카르복시산염, 아실레이티드펩티드, 알파올레핀황산염, N-아실메틸타우린염, 알킬에테르황산염, 2차다가알콜에톡시설페이트, 폴리옥시에틸렌알킬퍼밀에테르황산염, 모노글리설페이트, 알킬에테르인산에스테르염, 알킬인산에스테르염, 알킬아민염, 알킬피리듐염, 알킬이미다졸륨염, 불소계- 또는 실리콘계-아크릴산 중합체, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌스테롤에테르, 폴리옥시에틸렌의 라놀린 유도체, 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 공중합체, 폴리옥시에틸렌솔비탄지방산에스테르, 모노글리세라이드지방산에스테르, 수크로스지방산에스테르, 알칸올아미드지방산, 폴리옥시에틸렌지방산 아미드, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피리돈, 폴리아크릴아미드, 카르복시기-함유 수용성 폴리에스테르, 수산기-함유 셀룰로오스계 수지, 아크릴 수지, 부타디엔 수지, 아크릴산계, 스티렌아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 알킬베타민, 알킬아민옥사이드, 포스파티딜콜린 등과 같은 통상의 분산제들 중 임의의 것을 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용 가능하며, 그 함량은 상기 산화물 입자의 1 내지 20중량%가 바람직하 다. 상기 분산제의 함량이 1중량% 미만이면 충분한 분산 효과를 얻을 수 없으며, 20중량%를 초과하는 경우 전극의 활성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

또한 상기 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 안정성을 유지하며 적정 pH를 조절하기 위하여 완충제를 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 완충제로는 트리메틸아민, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민 등의 아민류 완충제 또는 수산화나트륨, 수산화암모늄 중 임의의 것을 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용 가능하다. 이와 같은 완충제는 상기 산화물 함량을 기준으로 0.1 내지 5중량%의 함량을 사용할 수 있으며, 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 충분한 완충 효과를 얻기 곤란하며, 5중량%를 벗어나는 경우 경제성이 저하되므로 바람직하지 않다.

상기와 같은 각 구성 성분을 포함하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 잉크 형태로 구성되어 잉크젯 인쇄에 사용된다. 이를 위해서는, 상기의 산화물 활물질, 도전제, 용매, 보습제, 분산제, 완충제 또는 바인더와 같은 각 구성 성분의 적정량을 혼합하여 볼밀 및 비드밀을 차례로 수행하고, 1㎛, 0.45㎛ PTFE 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 잉크를 완성하게 된다.

이렇게 얻어진 잉크젯 인쇄용 전극 조성물을 함유하는 잉크는 집전체 상에 소정 패턴 형태로 잉크젯 방식으로 인쇄함으로써 전극을 구성하게 된다.

이와 같은 전극의 구현예는 다음과 같다.

우선, 양극의 경우, 집전체로서는 이차 전지의 양극을 구성하는 집전체라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리튬 전지는 알루미늄 집전체를 사용할 수 있다. 전극 조성물을 구성하는 산화물 활물질로서는 LiCoO₂ 등의 Li-Co계 복합 산화물, LiNiO₂ 등의 Li-Ni계 복합 산화물, LiMn₂O₄, LiMnO₂ 등의 Li-Mn계 복합 산화물, Li₂Cr₂O₇, Li₂CrO₄ 등의 Li-Cr계 복합 산화물, LiFeO₂ 등의 Li-Fe계 복합 산화물, Li-V 계 복합 산화물 등을 을 사용할 수 있다. 기타 성분인 도전제, 용매, 보습제, 분산제, 완충제 또는 바인더 등에 대해서는 상술한 바와 같은 성분을 사용할 수 있다. 이와 같은 전극 조성물은 잉크젯 방식의 형태로 상기 집전체 상에 균일하게 도포되며, 이를 건조하여 용매를 모두 증발시킴으로써 양극을 제조하는 것이 가능하다.

음극의 경우도, 상기 양극과 동일하게 이차 전지에 사용되는 집전체라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리튬 전지는 구리 집전체를 사용할 수 있다. 또한 전극 조성물을 구성하는 산화물 활물질로서는 Li₄Ti₅O₁₂ 등의 Li-Ti계 복합 산화물, SnO₂, In₂O₃, Sb₂O₃ 등의 전이 금속산화물, 그래파이트, 하드카본, 아세틸렌블랙, 카본블랙 등의 카본을 사용할 수 있다. 이와 같은 전극 조성물은 잉크젯 방식의 형태로 상기 집전체 상에 균일하게 도포되며, 이를 건조하여 용매를 모두 증발시킴으로써 양극을 제조하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같은 전극을 사용하여 이차 전지로서 리튬 전지를 제조하는 경우의 구현예는 다음과 같다.

상기와 같이 제조한 양극 및 음극은 세퍼레이터에 의해 분리될 수 있으며, 상기 세퍼레이터로는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용가능하다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 그 조합물중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직포 형태이여도 무방하다. 이를 보다 상세하게 설명하면 리튬 이온 전지의 경우에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 재료로 된 권취가능한 세퍼레이터를 사용하며, 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터를 사용하는데, 이러한 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조가능하다.

즉, 고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 준비한 다음, 상기 세퍼레이터 조성물을 전극 상부에 직접 코팅 및 건조하여 세퍼레이터 필름을 형성하거나, 또는 상기 세퍼레이터 조성물을 지지체 상에 캐스팅 및 건조한 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름을 전극 상부에 라미네이션하여 형성할 수 있다.

상기 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으며, 전극판의 바인더에 사용되는 물질들이 모두 사용가능하다. 예를 들면 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 혼합물을 사용할 수 있다. 특히, 헥사플루오로프로필렌 함량이 8 내지 25중량부인 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 양극 극판과 음극 극판 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전 지 구조체를 형성한다. 이러한 전지 구조체를 와인딩하거나 접어서 원통형 전지 케이스나 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 본 발명의 유기 전해액을 주입하면 리튬 이온 전지가 완성된다.

또한 상기 전지 구조체를 바이셀 구조로 적층한 다음, 이를 유기 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 파우치에 넣어 밀봉하면 리튬 이온 폴리머 전지가 완성된다.

상기 리튬 전지를 구성하는 유기 전해액으로서는 리튬염, 및 고유전율 용매와 저비점 용매로 이루어진 혼합 유기용매를 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 고유전율 용매로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트와 같은 환상형 카보네이트 또는 감마-부티로락톤 등을 사용할 수 있다.

또한, 저비점 용매 역시 당업계에 통상적으로 사용되는 것으로서, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트. 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트와 같은 사슬형 카보네이트, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄 또는 지방산 에스테르 유도체 등을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지는 않는다.

상기 고유전율 용매와 저비점 용매의 혼합 부피비는 1:1 내지 1:9인 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 때에는 방전용량 및 충방전수명 측면에서 바람직하지 못하다.

또한 상기 리튬염은 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용가능하며, LiClO₄, LiCF₃SO₃, LiPF₆, LiN(CF₃SO₂), LiBF₄, LiC(CF₃SO₂)₃, 및 LiN(C₂F₅SO₂)₂로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이 바람직하다.

유기 전해액중 상기 리튬염의 농도는 0.5 내지 2M 정도인 것이 바람직한데, 리튬염의 농도가 0.5M 미만이며 전해액의 전도도가 낮아져서 전해액 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 때에는 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 구현예에 따른 전극은 상술한 리튬 전지외에도 태양전지나 연료전지 등의 다양한 이차전지에 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 전극 성분과 집전체와의 결착력을 부여함과 동시에, 점도를 잉크젯 토출이 용이하게 조절하기 위해 수용액 1중량%의 점도가 2 내지 20cps인 바인더를 적용함으로써, 상기 전극 조성물의 점도를 5 cps 이하로 유지할 수 있어, 잉크젯 토출 성능을 확보할 수 있으며, 상기 전극 조성물의 점도 감소 효과만큼 산화물 함량을 증가시킬 수 있으므로, 인쇄 효율 또한 부가적으로 증가하는 효과를 거둘 수 있다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 설명하면 다음과 같으나 이들 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 특허 청구 범위가 이들 예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

탈이온수 70중량%, 에탄올 20중량%, 디에틸렌글리콜 6중량%, 트리에탄올아민 0.6중량%의 혼합용매에 Li₄Ti₅O₁₂ 3중량%, 아세틸렌블랙 0.3중량%를 혼합하여 0.3mm 입경의 지르코니아 비드를 사용한 페인트 쉐이커로 2시간 동안 분산을 행하고, 1㎛와 0.45㎛ PTFE 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 전극 조성물을 제조하였다.

실시예 2 내지 6 및 비교예

하기 표 1에 기재한 조성을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전극 조성물을 제조하였다.

구분	성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예
용매	탈이온수	70	70	70	70	70	70	70
용매	에탄올	20	20	20	20	20	20	20
보습제	디에틸렌글리콜	6	6	6	6	6	6	6
완충제	트리에탄올아민	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6
활물질	Li₄Ti₅O₁₂	3	3	3	3	3	3	3
도전제	아세틸렌블랙	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
바인더	Daicel사1205CMC	0.1	0.01	0.5	-	-	-	-
	Daicel사1210CMC	-	-	-	0.1	0.01	0.5	-
	Daicel사1380CMC	-	-	-	-	-	-	0.1

상기 바인더의 특성 표는 하기 표 2와 같다.

구분	Daicel사 1205 CMC	Daicel 사 1210 CMC	Daicel사 1380 CMC
점도	2	20	1000~
에테르화도	0.8~1.0	0.8~1.0	1.0~1.5

실험예

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예에서 얻어진 전극 조성물을 잉크로 사용하고, HP deskjet 5550 series 잉크젯 프린터를 이용하여 구리 호일에 출력하였다.

상기 조성물의 점도 물성 및 잉크토출성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	잉크 점도	잉크 토출성
실시예 1	3.5	양호
실시예 2	3.1	양호
실시예 3	4.2	양호
실시예 4	4.7	양호
실시예 5	4.1	양호
실시예 6	5.8	양호
비교예	7.9	불량

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 바인더로서 1205 또는 1210 카르복시메틸셀룰로스를 0.01 내지 0.5중량% 첨가하여 제조한 실시예 1 내지 6의 전극 조성물은 도 2의 사진에 나타난 바와 같이 깨끗한 전극 형상을 보여 주어 토출 특성이 양호한 것으로 나타났으나, 1380 카르복시메틸셀룰로스를 첨가하여 전극 조성물을 제조한 비교예의 경우는 토출 특성이 도 3에서와 같이 불량하였다.

도 1은 본 발명의 전극 조성물의 내부 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 실시예 1에 따라 얻어진 전극의 형상을 보여주는 사진이다.

도 3은 비교예 1에 따라 얻어진 전극의 형상을 보여주는 사진이다.

Claims

산화물, 도전제, 보습제, 바인더 및 수계 용매를 포함하며,

상기 바인더의 수용액 1중량%에서의 점도가 1 내지 100cps인 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 바인더의 수용액 1중량%에서의 점도가 2 내지 20cps인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 바인더가 폴리비닐알콜, 에틸렌-프로필렌-디엔 3원 공중합체, 스틸렌-부타디엔 고무, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리테드라플루오로에틸렌, 테트라플루오루에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 카르복시메틸셀룰로스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 바인더가 에테르화도 0.8 내지 1.0의 카르복시메틸셀룰로오스인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 산화물이 이차 전지의 전극 활물질인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 산화물의 함량이 전체 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 도전제가 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 그래파이트, 탄소섬유 및 카본나노튜브로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 도전제의 함량이 상기 산화물 입자의 중량을 기준으로 1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 수계 용매가 전체 조성물의 중량을 기준으로 80 내지 99중량%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 보습제가 글리콜류, 글리세롤, 피롤리돈류 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

상기 보습제의 함량이 전체 조성물 기준으로 5 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항에 있어서,

분산제 또는 완충제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 잉크젯 인쇄용 전극 조성물을 집전체 상에 잉크젯 인쇄하여 얻어지는 전극.
제13항에 따른 전극을 구비하는 이차전지.
제13항에 따른 전극을 구비하는 리튬전지.