KR20100044087A - Electrode composition for inkjet print, electrode and secondary battery prepared using the same - Google Patents

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김한수
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Abstract

PURPOSE: An electrode ink composition for ink-jet printing is provided to manufacture electrode with minute patterns by an ink jet printing method. CONSTITUTION: An electrode ink composition for ink-jet printing comprises: an electrode active material, and a solvent, wherein the solvent further comprises a first solvent having a boiling point in a range of about 150 to about 170deg.C at 1 atm, and a surface tension of 30 dyne/cm or more at 25deg.C. The first solvent is a solvent comprising an amide group. The electrode composition for the inkjet print comprises the electrode active material and solvent.

Description

잉크젯 프린트용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조된 전극 및 이차 전지{Electrode composition for inkjet print, electrode and secondary battery prepared using the same}Electrode composition for inkjet print, electrode and secondary battery prepared using the same {Electrode composition for inkjet print, electrode and secondary battery prepared using the same}

잉크젯 프린트용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조한 전극 및 리튬 전지가 개시된다. 더욱 상세하게는 정밀한 전극 패턴을 형성할 수 있는 잉크젯 프린트용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조한 전극 및 리튬 전지가 개시된다.Disclosed are an electrode composition for inkjet printing, an electrode prepared using the same, and a lithium battery. More specifically, an electrode composition for inkjet printing capable of forming a precise electrode pattern, an electrode manufactured using the same, and a lithium battery are disclosed.

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 전원으로서 이차 전지의 사용이 급속히 증가하고 있으며, 향후 인쇄회로 기판 상의 집적회로 소자용 전원으로서도 응용 가능성이 높아지고 있다.Power sources for portable electronic devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs) and portable multimedia players (PMPs); Motor driving power supplies such as high-power hybrid vehicles and electric vehicles; The use of secondary batteries as a power source for flexible displays such as electronic ink (e-ink), electronic paper (e-paper), flexible liquid crystal display (LCD), and flexible organic diode (OLED) is rapidly increasing. Applicability is also increasing as a power supply for integrated circuit elements on a substrate.

그러나 휴대용 전자기기의 전원으로 사용될 경우 안전성을 위한 패키징으로 인해 다양한 제품 디자인에 제약이 가해지며, 모터 구동용 전원으로서 사용되는 경우에는 고출력화, 소형 및 경량화에 대한 필요성이 증가하고 있고, 플렉서블 디스 플레이용 전원으로 사용하는 경우에는 얇고 가벼우면서도 구부림이 가능하도록 제조되어야 하며, 집적회로 소자용 전원으로서 사용하기 위해서는 일정한 형태로 정밀하게 패터닝되어야 한다. However, when used as a power source for portable electronic devices, packaging for safety imposes restrictions on various product designs, and when used as a motor driving power source, the need for high output, small size, and light weight is increasing, and flexible display is required. When used as a power supply for the power supply, it must be manufactured to be thin, light and bendable, and to be used as a power supply for an integrated circuit device, it must be precisely patterned to a certain form.

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.As an electrode manufacturing method for meeting various demands of such a secondary battery, an inkjet printing method is drawing attention instead of a conventional slurry coating method. Such an inkjet printing method can produce a thin, uniform and flat electrode for a secondary battery, and has a feature of economically manufacturing a pattern of a desired shape.

한편, 이차전지 전극 형성용 조성물은 주로 리튬 전이금속 산화물의 전극 활물질, 매질로 사용되는 용매, 용매 건조 후 전극과 입자간 결착을 위한 바인더로 구성된다. 이 중 용매는 입자의 분산성, 잉크 조성물의 토출 특성, 건조 특성 등을 고려하여 하나 또는 그 이상의 혼합물 형태로 사용될 수 있다. 통상적으로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 주 용매로 포함하는데, 이는 바인더로 주로 사용되는 폴리불화비닐리덴(PVdF) 바인더에 대한 용해도가 높지만 비점이 높고 휘발성이 낮기 때문에 건조 속도가 낮은 편이다.Meanwhile, the composition for forming a secondary battery electrode mainly consists of an electrode active material of a lithium transition metal oxide, a solvent used as a medium, and a binder for binding between the electrode and particles after drying the solvent. The solvent may be used in the form of one or more mixtures in consideration of the dispersibility of the particles, the discharge characteristics of the ink composition, the drying characteristics and the like. Typically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is included as a main solvent, which has high solubility in polyvinylidene fluoride (PVdF) binder, which is mainly used as a binder, but has a high boiling point and low volatility, so that drying speed is high. It's low.

잉크젯 프린트 방식으로 정밀한 패턴을 갖는 전극을 제조할 수 있는 전극 조성물을 제공하는 것이다.It is to provide an electrode composition capable of producing an electrode having a precise pattern by an inkjet printing method.

상기 전극 조성물을 사용하여 제조된 전극 및 이차 전지를 제공하는 것이다.It is to provide an electrode and a secondary battery produced using the electrode composition.

본 발명의 일 측면에 따라, 전극 조성물은 전극 활물질 및 용매를 포함하는 잉크젯 프린트용 전극 조성물로서, 상기 용매는 1기압 하에서 비등점이 150 내지 170 ℃ 이고 25℃에서 표면장력이 30 내지 40 dyne/cm인 제1 용매를 포함하는 전극 조성물이 제공된다.According to an aspect of the present invention, the electrode composition is an electrode composition for inkjet printing comprising an electrode active material and a solvent, the solvent has a boiling point of 150 to 170 ℃ and a surface tension of 30 to 40 dyne / cm at 25 ℃ under 1 atmosphere sign There is provided an electrode composition comprising a first solvent.

상기 전극 활물질의 함량은 전극 조성물 기준으로 1 내지 20 중량%일 수 있다.The content of the electrode active material may be 1 to 20% by weight based on the electrode composition.

상기 제1 용매는 아미드기 함유 용매일 수 있다.The first solvent may be an amide group-containing solvent.

상기 아미드기 함유 용매는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The amide group-containing solvent may be dimethylacetamide, dimethylformamide or a mixture thereof.

상기 제1 용매의 함량은 전체 용매의 중량을 기준으로 80 내지 100 중량%일 수 있다.The content of the first solvent may be 80 to 100% by weight based on the total weight of the solvent.

상기 전극 조성물은 바인더, 도전제, 보습제, 분산제 및 완충제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The electrode composition may further include one or more selected from the group consisting of a binder, a conductive agent, a humectant, a dispersant, and a buffer.

상기 전극 조성물의 점도는 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단 속도(shear rate)에서 100mPa·sec 이하일 수 있다.The viscosity of the electrode composition may be 100 mPa · sec or less at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 .

본 발명의 다른 측면에 따라, 상술한 전극 조성물을 잉크젯 방식으로 프린트하여 제조된 이차 전지용 전극이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery electrode produced by printing the above electrode composition in an inkjet method.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 전극을 포함하는 이차 전지가 제공된 다.According to another aspect of the present invention, a secondary battery including the electrode is provided.

본 발명의 일 구현예에 따른 전극 조성물 잉크젯 방식으로 프린트하여 정밀한 패턴을 갖는 전극을 제조할 수 있다.Electrode composition according to an embodiment of the present invention can be printed in an inkjet method to produce an electrode having a precise pattern.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 프린트용 전극 조성물에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrode composition for inkjet printing according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 프린트용 전극 조성물은 전극 활물질 및 용매를 포함하며, 상기 용매는 1기압 하에서 비등점이 150 내지 170 ℃이고, 25℃에서 표면장력이 30 dyne/cm 이상인 제1 용매를 포함한다. 상기 전극 활물질의 함량은 전극 조성물 기준으로 1 내지 20 중량%일 수 있다. An electrode composition for inkjet printing according to an embodiment of the present invention includes an electrode active material and a solvent, and the solvent has a boiling point of 150 to 170 ° C. under 1 atmosphere and a first solvent having a surface tension of 30 dyne / cm or more at 25 ° C. It includes. The content of the electrode active material may be 1 to 20% by weight based on the electrode composition.

통상적으로 이차 전지의 전극 형성용 조성물에 사용되는 NMP는 비등점이 높아 건조 속도가 낮다. 따라서, NMP를 주 용매로 사용하여 잉크젯 프린트 방식으로 전극을 형성하는 경우, 미건조 액적이 높은 표면장력으로 인해 이동하면서 탄착 지점을 이탈하거나 다른 액적과 뭉치면서 이동하는 현상이 발생하기 때문에 정밀한 패턴이 형성되기 어려울 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 사용되는 제1 용매는 비등점이 상대적으로 높지 않아 미건조 액적으로 인한 상술한 현상이 발생하지 않으므로, 일정한 표면장력을 가지면서도 정밀한 패턴을 갖는 전극 조성물이 제조될 수 있다.Usually NMP used for the composition for electrode formation of a secondary battery has a high boiling point, and its drying rate is low. Therefore, when NMP is used as the main solvent, the electrode is formed by inkjet printing. Since the undried droplets move due to the high surface tension, they move out of the impact point or aggregate together with other droplets. It can be difficult to form. Since the first solvent used in the embodiment of the present invention has a relatively high boiling point and thus does not occur the above-mentioned phenomenon due to undried droplets, an electrode composition having a precise surface tension and having a precise pattern may be prepared.

본 발명의 일 구현예에 따른 전극 조성물에 사용되는 제1 용매는 표면장력이 30 내지 40 dyne/cm이다. 통상적으로 인쇄 시 잉크의 노즐표면과 노즐판과의 접촉각 및 인쇄 후 잉크와 집전체와의 접촉각을 높일 수 있는 측면에서 표면장력이 30 dyne/cm 이상인 용매가 바람직하나, 비등점에 미치는 영향을 고려하여 표면장력이 40 dyne/cm 이하인 것이 바람직하다.The first solvent used in the electrode composition according to the embodiment of the present invention has a surface tension of 30 to 40 dyne / cm. In general, a solvent having a surface tension of 30 dyne / cm or more is preferable in terms of increasing the contact angle between the nozzle surface of the ink and the nozzle plate during printing and the contact angle between the ink and the current collector after printing, but considering the effect on the boiling point It is preferable that the surface tension is 40 dyne / cm or less.

상기 제1 용매는 아미드기 함유 용매일 수 있다. 이론에 구속되려는 것은 아니지만, 이러한 아미드기 함유 용매는 카르보닐 산소의 비공유 전자쌍을 전극 조성물에 함유된 전극 활물질의 금속 부분에 공여하여, 전극 활물질의 산화물의 표면 에너지를 낮추어 입자들을 잘 분산시키는 효과가 있다. 바람직하게는 상기 제1 용매는 디메틸아세트아미드(DMAC), 디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물에서 선택된다.The first solvent may be an amide group-containing solvent. While not wishing to be bound by theory, such an amide group-containing solvent contributes a non-covalent electron pair of carbonyl oxygen to the metal portion of the electrode active material contained in the electrode composition, thereby lowering the surface energy of the oxide of the electrode active material to disperse the particles well. have. Preferably the first solvent is selected from dimethylacetamide (DMAC), dimethylformamide (DMF) or mixtures thereof.

본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 프린트용 전극 조성물에 있어서, 상기 제1 용매는 용도와 목적에 따라 제2 용매와 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 구체적인 제2 용매의 예는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 헥산 등의 포화 탄화수소류; 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소; 메탄올(MeOH), 에탄올(EtOH), 프로판올(PrOH), 부탄올(BuOH) 등의 알콜류; 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤 등의 케톤류; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류; 테트라하이드로푸란(THF), 디옥산, 디에틸에테르 등의 에테르류; 디메틸설폭사이드(DMSO) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물이다. 제2 용매와 혼합되는 경우, 제1 용매의 함량은, 전체 용매의 중량합을 기준으로 80 내지 100 중량%일 수 있다. In the electrode composition for inkjet printing according to an embodiment of the present invention, the first solvent may be used in combination with a second solvent according to the use and purpose. Examples of the specific second solvent include, but are not limited to, saturated hydrocarbons such as hexane; Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; Alcohols such as methanol (MeOH), ethanol (EtOH), propanol (PrOH) and butanol (BuOH); Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK) and diisobutyl ketone; Esters such as ethyl acetate and butyl acetate; Ethers such as tetrahydrofuran (THF), dioxane and diethyl ether; Dimethylsulfoxide (DMSO) or a mixture of two or more thereof. When mixed with the second solvent, the content of the first solvent may be 80 to 100% by weight based on the total weight of the solvents.

본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 프린트용 전극 조성물에 있어서, 전극 활물질은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않으며, 이차 전지의 전극 활물질로 사용되는 통상의 산화물 입자들 중 임의의 것을 사용 가능하다. 사용 가능한 양극 활물질의 구체적인 예는 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 포함한다. 사용 가능한 음극 활물질의 구체적인 예는 Li4Ti5O12 등의 Li-Ti계 복합 산화물, SnO2, In2O3, Sb2O3 등의 전이 금속산화물, 그래파이트, 하드카본, 아세틸렌블랙, 카본블랙 등의 카본 등을 포함한다.In the electrode composition for inkjet printing according to the embodiment of the present invention, the electrode active material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and any of ordinary oxide particles used as an electrode active material of a secondary battery may be used. Can be used Specific examples of the positive electrode active material that can be used include Li-Co-based composite oxides such as LiCoO 2 , Li-Ni-based composite oxides such as LiNiO 2 , Li-Mn-based composite oxides such as LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , and Li 2 Cr 2 Li-Cr-based composite oxides such as O 7 and Li 2 CrO 4 , Li-Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 , Li-V-based composite oxides, and the like. Specific examples of the negative electrode active material that can be used include Li-Ti-based composite oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 , transition metal oxides such as SnO 2 , In 2 O 3 , and Sb 2 O 3 , graphite, hard carbon, acetylene black, and carbon. Carbon, such as black, etc. are included.

이러한 전극 활물질의 함량은 전체 전극 조성물 중, 1 내지 20 중량%일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 3 내지 7 중량%일 수 있다. 이러한 범위에서, 전극 조성물은 점도가 높지 않아 조성물의 안정성과 토출성이 우수하게 유지되면서, 프린트 효율이 증가될 수 있다. The content of the electrode active material may be 1 to 20% by weight of the total electrode composition, and more specifically 3 to 7% by weight. In this range, the electrode composition is not high in viscosity, while maintaining the stability and ejection property of the composition, while increasing the printing efficiency.

상기 전극 활물질은 D50이 50-500nm 일 수 있다.The electrode active material may have a D 50 of 50-500 nm.

본 발명의 일 구현예에 따른 전극 조성물은 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 100mPa·sec 이하일 수 있다. 바람직하게는 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단 속도(shear rate)에서의 점도가 0.5 내지 5mPa·sec 일 수 있다.The electrode composition according to the embodiment of the present invention may have a viscosity of 100 mPa · sec or less at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 . Preferably the viscosity at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 may be 0.5 to 5 mPa · sec.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 바인더, 도전제, 보습제, 분산제, 및/ 또는 완충제가 상기 전극 조성물에 추가적으로 포함될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a binder, a conductive agent, a moisturizer, a dispersant, and / or a buffer may be additionally included in the electrode composition.

잉크젯 프린트 후, 전극 활물질과 극판과의 밀착력을 부여하기 위하여 바인더가 사용될 수 있다. 구체적인 바인더의 비제한적인 예는 폴리비닐알콜, 에틸렌-프로필렌-디엔 3원 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리테드라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 카르복시메틸셀룰로스, 또는 이들 중 1종 또는 2종의 혼합물을 포함하며, 특히, 폴리불화비닐리덴(PVdF)이 바람직하다.After inkjet printing, a binder may be used to give adhesion between the electrode active material and the electrode plate. Non-limiting examples of specific binders include polyvinyl alcohol, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene- Hexafluoropropylene copolymer, carboxymethylcellulose, or a mixture of one or two of them, and polyvinylidene fluoride (PVdF) is particularly preferred.

상기 바인더의 함량은 전극 조성물의 중량을 기준으로 0.01 내지 10중량%이며, 더욱 구체적으로는 0.05 내지 5중량%이나, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다.The content of the binder is 0.01 to 10% by weight based on the weight of the electrode composition, more specifically 0.05 to 5% by weight, but is not necessarily limited to this range.

전극 활물질 입자의 전도성을 향상시키기 위하여 도전제가 사용될 수 있다. 사용되는 도전제는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 도전제의 비제한적인 예는 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 그래파이트, 탄소섬유, 카본나노튜브 등을 포함한다. 상기 도전제의 함량은, 예를 들면 전극 활물질 입자를 기준으로 1 내지 20 중량%인 것일 수 있지만, 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다. A conductive agent may be used to improve conductivity of the electrode active material particles. The conductive agent to be used is not particularly limited as long as it is within the range of achieving the object of the present invention. Non-limiting examples of specific conductive agents include acetylene black, carbon black, graphite, carbon fibers, carbon nanotubes and the like. The content of the conductive agent may be, for example, 1 to 20% by weight based on the electrode active material particles, but is not limited thereto.

노즐에서 전극 조성물의 건조를 억제하여 노즐 막힘을 방지하는 역할을 수행하도록 보습제가 사용될 수 있다. 예를 들어 글리콜류, 글리세롤, 피롤리돈 등을 사용할 수 있다. 사용되는 양은 전체 조성물 중량을 기준으로 5 내지 40중량%의 함량으로 사용할 수 있으나, 제1 용매의 함량에 따라 전극 조성물의 건조 억제 효과 등은 충분히 얻을 수 있으므로, 사용되지 않을 수도 있다. A humectant may be used to serve to prevent drying of the electrode composition at the nozzle to prevent nozzle clogging. For example, glycols, glycerol, pyrrolidone and the like can be used. The amount used may be used in an amount of 5 to 40% by weight based on the total weight of the composition. However, the drying inhibitory effect of the electrode composition may be sufficiently obtained according to the content of the first solvent, and thus may not be used.

상기 전극 활물질과 도전제의 분산을 위해 분산제가 사용될 수 있다. 사용되는 분산제로는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 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 가능하다.A dispersant may be used to disperse the electrode active material and the conductive agent. The dispersant used is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Specifically, fatty acid salt, alkyl dicarboxylate, alkyl sulfate ester salt, polysulfate ester alcohol salt, alkyl naphthalene sulfate, alkylbenzene sulfate, alkyl naphthalene sulfate ester salt, alkyl sulfone succinate salt, naphthenate salt, alkyl ether carboxylate salt , Acylate peptide, alpha olefin sulfate, N-acyl methyl taurine salt, alkyl ether sulfate, secondary polyalcohol ethoxy sulfate, polyoxyethylene alkyl permil ether sulfate, monogly sulfate, alkyl ether phosphate ester salt, alkyl phosphate ester Salts, alkylamine salts, alkylpyridium salts, alkylimidazolium salts, fluorine- or silicone-acrylic acid polymers, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene sterol ethers, lanolin derivatives of polyoxyethylene, polyoxyethylene / polyoxy Propylene copolymer, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, monoglyceride fatty acid ester, water LOS fatty acid ester, alkanolamide fatty acid, polyoxyethylene fatty acid amide, polyoxyethylene alkylamine, polyvinyl alcohol, polyvinylpyridone, polyacrylamide, carboxyl group-containing water-soluble polyester, hydroxyl group-containing cellulose resin, acrylic resin Any one or two or more of conventional dispersants such as butadiene resin, acrylic acid, styrene acrylic, polyester, polyamide, polyurethane, alkylbetamin, alkylamine oxide, phosphatidylcholine can be used. Do.

상기 분산제의 함량은 전극 활물질의 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%일 수 있지만, 전극의 특성이나 분산성을 고려하여 첨가되지 않을 수도 있다.The content of the dispersant may be 1 to 20% by weight based on the weight of the electrode active material, but may not be added in consideration of the properties or dispersibility of the electrode.

또한 상기 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 안정성을 유지하며 적정 pH를 조절하기 위하여 완충제를 더 포함할 수 있다. 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 전극 활물질 함량을 기준으로 0.1 내지 5중량%의 함량을 사용할 수 있으나, 전극 조성물에 따라서는 사용되지 않을 수 도 있다.In addition, the electrode composition for inkjet printing may further include a buffer to maintain stability and adjust the appropriate pH. As such a buffer, amines, such as trimethylamine, triethanolamine, diethanolamine, and ethanolamine, or any one of sodium hydroxide and ammonium hydroxide can be selected and used. Such a buffer may be used in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the content of the electrode active material, but may not be used depending on the electrode composition.

상기와 같은 각 구성 성분을 포함하는 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 잉크 형태로 구성되어 잉크젯 인쇄에 사용된다. 이를 위해서는, 상기의 산화물 활물질, 용매, 바인더, 보습제, 도전제, 분산제, 완충제 등과 같은 각 구성 성분의 적정량을 혼합하여 볼밀 및 비드밀을 차례로 수행하고, 1㎛, 0.45㎛ PTFE 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 전극 조성물을 완성하게 된다.The electrode composition for inkjet printing including each component as described above is configured in ink form and used for inkjet printing. To this end, a ball mill and a bead mill are sequentially performed by mixing an appropriate amount of each component such as the oxide active material, a solvent, a binder, a humectant, a conductive agent, a dispersant, a buffer, and the like, and sequentially performing a 1 μm and 0.45 μm PTFE syringe filter. Pass through to complete the electrode composition.

이렇게 얻어진 잉크젯 인쇄용 전극 조성물은 바람직하게는 잉크젯 프린터를 이용하여 집전체 상에 소정 패턴 형태로 인쇄함으로써 전극을 구성하게 된다. The electrode composition for inkjet printing thus obtained preferably uses an inkjet printer to form an electrode by printing on a current collector in the form of a predetermined pattern.

잉크젯 방식이란 잉크젯 프린트의 노즐로부터 전극 잉크가 물방울로서 집전체 위에 프린트되는 방식이다. 상기 잉크젯 방식에는 열구동 방식, 압전 소자 방식 등이 있지만, 전지 재료의 열안정성 관점에서 압전 소자 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 양극 활물질을 포함하는 양극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되면 양극이 제조되고 음극 활물질을 포함하는 음극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되면 음극이 제조된다.The inkjet method is a method in which electrode ink is printed onto a current collector as droplets from a nozzle of an inkjet print. Although the inkjet method includes a thermal drive method, a piezoelectric element method, and the like, it is preferable to use a piezoelectric element method from the viewpoint of thermal stability of the battery material. The positive electrode is manufactured when the positive electrode composition including the positive electrode active material is printed by the inkjet method, and the negative electrode is manufactured when the negative electrode composition including the negative electrode active material is printed by the inkjet method.

상기 전극 조성물을 잉크젯 방식으로 프린트 하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 잉크젯 헤드를 이용한 잉크젯 프린터를 시판되는 컴퓨터에 연결시키고 정당한 소프트웨어에 의해 소정의 패턴을 집전체 위에 작성할 수 있다. 집전체 위에 프린트된 전극 조성물을 건조시키는 수단은, 예를 들면, 20 내지 200℃의 진공 분위기에서 1분 내지 8시간일 수 있지만, 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다. 상기 집전체는 공지의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 박막, 스테인레스 박막, 구리 박막, 니켈 박막 등이다.The method of printing the electrode composition by an inkjet method is not particularly limited. For example, an inkjet printer using an inkjet head can be connected to a commercially available computer, and predetermined patterns can be created on the current collector by legitimate software. The means for drying the electrode composition printed on the current collector may be, for example, 1 minute to 8 hours in a vacuum atmosphere of 20 to 200 ℃, but is not necessarily limited to this range. The current collector may be a known material. For example, it is an aluminum thin film, a stainless thin film, a copper thin film, a nickel thin film, etc.

상술한 바와 같은 제1 용매를 함유하는 전극 조성물은 잉크젯 방식으로 인쇄시 노즐 표면과 노즐판과의 접촉각 및 인쇄 후 집전체와의 접촉각이 높으며 건조 속도가 크므로, 정밀한 패턴 및 높은 해상도를 갖는 전극이 제공될 수 있다. 또한 이와 같은 고 해상도 및 고정밀도의 패턴을 갖는 전극을 이용하여, 집적 회로 소자용 전원으로서 사용가능한 박형 마이크로 이차 전지가 제조될 수 있으며 3차원 전극 패턴을 갖는 이차전지가 제조될 수 있다.As described above, the electrode composition containing the first solvent has a high contact angle between the nozzle surface and the nozzle plate and a current collector after printing, and a high drying speed. This may be provided. In addition, by using an electrode having such a high resolution and high precision pattern, a thin micro secondary battery usable as a power source for an integrated circuit device can be manufactured, and a secondary battery having a three-dimensional electrode pattern can be manufactured.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지는 상술한 전극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되어 제조된 전극이 채용된다. 전지의 형태는 특별히 제한되지는 않으나 적층형이 바람직하며, 리튬 1차 전지, 리튬 2차 전지는 물론, 연료 전지도 가능하다.In the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention, an electrode manufactured by printing the electrode composition described above by an inkjet method is adopted. Although the form of a battery is not specifically limited, A laminated type is preferable, A lithium primary battery, a lithium secondary battery, as well as a fuel cell are also possible.

본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지를 제조하는 방법은 전극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되어 제조되는 전극을 채용한 것 외에는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 소정의 집전체에 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되고, 건조되어 양극이 형성된다. 상기 집전체의 양극이 형성 된 면과 반대 면에 본 발명의 일 구현예에 따른 음극 조성물이 잉크젯 방식으로 프린트되고 건조되어 음극이 형성된다. 그러므로, 바이폴라(bipolar)전극이 제조된다.The method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention is not particularly limited except for employing an electrode in which an electrode composition is printed and manufactured by an inkjet method. For example, a positive electrode composition according to an embodiment of the present invention is printed on a predetermined current collector by an inkjet method, and dried to form a positive electrode. The negative electrode composition according to the embodiment of the present invention is printed and dried in an inkjet manner on a surface opposite to the surface where the positive electrode of the current collector is formed to form a negative electrode. Therefore, a bipolar electrode is produced.

상기 바이폴라 전극의 양극 및/또는 음극의 층상에 소정 두께의 전해질 층이 형성되어 건조된다. 불활성 분위기에서 상기 전해질 층이 형성된 바이폴라 전극이 적층되어 전지 적층체가 제조된다. 상기 전지 적층체에 절연 밀봉층이 형성되고, 패킹되어 이차 전지가 완성된다.An electrolyte layer having a predetermined thickness is formed on the layer of the anode and / or the cathode of the bipolar electrode and dried. In an inert atmosphere, a bipolar electrode having the electrolyte layer formed thereon is stacked to manufacture a battery laminate. An insulating sealing layer is formed on the battery stack and packed to complete a secondary battery.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples, but the present invention is not limited thereto.

<실시예> <Example>

실시예 1 Example 1

디메틸아세트아미드(DMAC) 70 중량부 및 에탄올(EtOH) 20 중량부의 혼합 용매에 디에틸렌글리콜(DEG) 5 중량부를 첨가한 후, 여기에 LiCoO2 4.65 중량부, 아세틸렌블랙(AB) 0.15 중량부, 폴리불화비닐리덴(PVdF) 0.2 중량부를 더 첨가하고 0.3mm 입경의 지르코니아 비드를 사용한 페인트 쉐이커로 2시간 동안 분산을 행한 후, 1㎛ 및 0.45㎛ 폴리테드라플루오로에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 전극 조성물을 완성하였다.After adding 5 parts by weight of diethylene glycol (DEG) to a mixed solvent of 70 parts by weight of dimethylacetamide (DMA C ) and 20 parts by weight of ethanol (EtOH), 4.65 parts by weight of LiCoO 2 and 0.15 parts by weight of acetylene black (AB) After adding 0.2 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) and dispersing with a paint shaker using zirconia beads having a 0.3 mm particle diameter for 2 hours, a 1 μm and 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter was used. Passed sequentially to complete the electrode composition.

상기 전극 조성물을 잉크젯 프린터(Fuji Dimatix DMP-2800)를 이용하여 특정 한 무늬의 패턴을 알루미늄 호일에 출력하였다. 잉크젯 토출 결과를 도 1에 나타내었으며, 토출 결과의 패턴 정밀도를 육안으로 관찰하여 표 3에 나타내었다. 또한 전극 조성물의 알루미늄 호일과의 접촉각을 접촉각 측정기(DSA-100)를 사용하여 측정하여 결과를 표 3에 함께 나타내었다. The electrode composition was printed on an aluminum foil using a inkjet printer (Fuji Dimatix DMP-2800). The inkjet ejection results are shown in FIG. 1, and the pattern precision of the ejection results is visually observed and shown in Table 3. In addition, the contact angle with the aluminum foil of the electrode composition was measured using a contact angle meter (DSA-100), and the results are shown in Table 3 together.

실시예 2Example 2

디메틸아세트아미드(DMAC) 90 중량부, 디에틸렌글리콜(DEG) 5 중량부의 혼합용매에 LiCoO2 4.65 중량부, 아세틸렌블랙(AB) 0.15 중량부, 폴리불화비닐리덴(PVdF) 0.2 중량부를 혼합하여 0.3mm 입경의 지르코니아 비드를 사용한 페인트 쉐이커로 2시간 동안 분산을 행한 후, 1㎛ 및 0.45㎛ 폴리테드라플루오로에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 전극 조성물을 완성하였다.90 parts by weight of dimethyl acetamide (DMA C ), 5 parts by weight of diethylene glycol (DEG), 4.65 parts by weight of LiCoO 2 , 0.15 parts by weight of acetylene black (AB), and 0.2 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed. After dispersion for 2 hours with a paint shaker using 0.3 mm particle size zirconia beads, the electrode composition was completed by sequentially passing 1 μm and 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filters.

상기 전극 조성물을 잉크젯 프린터(Fuji Dimatix DMP-2800)를 이용하여 특정한 무늬의 패턴을 알루미늄 호일에 출력하였다. 육안으로 평가한 토출 결과의 패턴 정밀도 및 전극 조성물의 알루미늄 호일과의 접촉각과 같은 물성을 평가하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.The electrode composition was printed on an aluminum foil using a inkjet printer (Fuji Dimatix DMP-2800). The physical properties such as the pattern accuracy of the discharge result evaluated visually and the contact angle with the aluminum foil of the electrode composition were evaluated, and the results are shown in Table 3.

실시예 3Example 3

디메틸아세트아미드(DMAC) 95 중량부에 LiCoO2 4.65 중량부, 아세틸렌블랙(AB) 0.15 중량부, 폴리불화비닐리덴(PVdF) 0.2 중량부를 혼합하여 0.3mm 입경의 지르코니아 비드를 사용한 페인트 쉐이커로 2시간 동안 분산을 행한 후, 1㎛ 및 0.45㎛ 폴리테드라플루오로에틸렌(PTFE) 시린지 필터를 순차적으로 통과시켜 전극 조성물을 완성하였다.95 parts by weight of dimethyl acetamide (DMA C ), 4.65 parts by weight of LiCoO 2 , 0.15 parts by weight of acetylene black (AB), and 0.2 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed. After dispersion for a period of time, the electrode composition was completed by sequentially passing 1 μm and 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filters.

상기 전극 조성물을 잉크젯 프린터(Fuji Dimatix DMP-2800)를 이용하여 특정한 무늬의 패턴을 알루미늄 호일에 출력하였다. 육안으로 평가한 토출 결과의 패턴 정밀도 및 전극 조성물의 알루미늄 호일과의 접촉각과 같은 물성을 평가하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.The electrode composition was printed on an aluminum foil using a inkjet printer (Fuji Dimatix DMP-2800). The physical properties such as the pattern accuracy of the discharge result evaluated visually and the contact angle with the aluminum foil of the electrode composition were evaluated, and the results are shown in Table 3.

실시예 4 내지 6Examples 4-6

디메틸아세트아미드 대신 디메틸포르아미드(DMF)를 표 1과 같은 조성으로 넣은 것을 제외하고, 각각, 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 전극 조성물을 완성하고 이를 이용하여 전극을 제조 및 평가한 결과를 표 3에 나타내었다.Except that dimethylformamide (DMF) was added in place of dimethylacetamide in the composition shown in Table 1, the electrode compositions were prepared in the same manner as in Examples 1 to 3, and the results of preparing and evaluating the electrodes using the same are shown in Table 1 below. 3 is shown.

비교예 1 내지 3Comparative Examples 1 to 3

디메틸아세트아미드 대신 N-메틸피롤리돈(NMP)를 표 1과 같은 조성으로 넣은 것을 제외하고, 각각, 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 전극 조성물을 완성하고 이를 이용하여 전극을 제조 및 평가한 결과를 표 3에 나타내었다. 비교예 1의 잉크젯 토출 결과를 도 2에 나타내었다.Except that N-methylpyrrolidone (NMP) in place of dimethylacetamide in the composition shown in Table 1, the electrode composition was completed in the same manner as in Examples 1 to 3, and the electrode was prepared and evaluated using the same. The results are shown in Table 3. The inkjet discharge result of the comparative example 1 is shown in FIG.

한편 실시예 및 비교예에서 제조한 전극 조성물의 점도를 표 1에 나타내었고, 실시예 및 비교예에서 사용한 용매의 비등점 및 표면장력을 표 2에 나타내었다. 점도 측정은 AR-2000(TA Instrument)을 사용하여 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단속도에서 측정하였다.The viscosity of the electrode compositions prepared in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1, and the boiling points and surface tensions of the solvents used in Examples and Comparative Examples are shown in Table 2. Viscosity measurements were measured at 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 using AR-2000 (TA Instrument).

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 DMAC DMAC 7070 9090 9595 -- -- -- -- -- -- DMFDMF -- -- 7070 9090 9595 -- -- -- NMPNMP -- -- -- -- -- 7070 9090 9595 EtOHEtOH 2020 -- -- 2020 -- -- 2020 -- -- 보습제 (DEG) Moisturizer (DEG) 55 55 -- 55 55 -- 55 55 -- 활물질 (LiCoO2 )Active Material (LiCoO 2 ) 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 4.654.65 도전제 (AB)Challenger (AB) 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 0.150.15 바인더 (PVdF)Binder (PVdF) 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 0.20.2 점도(mPa·sec)Viscosity (mPasec) 3.963.96 4.124.12 4.214.21 3.893.89 4.094.09 4.084.08 4.254.25 4.654.65 4.664.66

NMPNMP DMFDMF DMAC DMA C 비등점 (1기압)Boiling Point (1 atm) 202℃202 ℃ 153~155℃153 ~ 155 ℃ 164~166℃164 ~ 166 ℃ 표면 장력Surface tension 40.79 dyne/cm 40.79 dyne / cm 36.76 dyne/cm @ 20℃ 36.42 dyne/cm @ 25℃36.76 dyne / cm @ 20 ℃ 36.42 dyne / cm @ 25 ℃ 36.7 dyne/cm @ 20℃ 32.43 dyne/cm @ 20℃36.7 dyne / cm @ 20 ℃ 32.43 dyne / cm @ 20 ℃

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 접촉각Contact angle 20.820.8 20.220.2 21.321.3 18.518.5 19.119.1 19.019.0 12.212.2 11.911.9 12.512.5 패턴 정밀도Pattern precision ○, (도 1 참조)○, (see Figure 1) ×× ×× ××

○: 우수, △: 양호, ×: 불량○: excellent, △: good, ×: poor

상기 표 3, 및 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 구현예에 따른 전극 조성물은 잉크젯 방식을 이용하여 접촉각이 크며 우수한 패턴 정밀도를 갖는 전극을 제공할 수 있음을 확인 할 수 있다.Referring to Table 3 and Figures 1 and 2, it can be seen that the electrode composition according to the embodiment of the present invention can provide an electrode having a large contact angle and excellent pattern precision by using the inkjet method.

도 1은 실시예 1 따른 전극 조성물을 사용하여 얻어진 잉크젯 토출 결과를 나타내는 사진이다.1 is a photograph showing an inkjet ejection result obtained using the electrode composition according to Example 1. FIG.

도 2는 비교예 1에 따른 전극 조성물을 사용하여 얻어진 잉크젯 토출 결과를 나타내는 사진이다.FIG. 2 is a photograph showing an inkjet ejection result obtained using an electrode composition according to Comparative Example 1. FIG.

Claims (10)

전극 활물질 및 용매를 포함하는 잉크젯 프린트용 전극 조성물에 있어서,In the electrode composition for inkjet printing comprising an electrode active material and a solvent, 상기 용매는 1기압 하에서 비등점이 150 내지 170 ℃ 이고 25℃에서 표면장력이 30 dyne/cm 이상인 제1 용매를 포함하는 전극 조성물.The solvent composition comprises a first solvent having a boiling point of 150 to 170 ℃ and a surface tension of at least 30 dyne / cm at 25 ℃ under 1 atm. 제 1항에 있어서, 상기 전극 활물질 함량은 전극 조성물 기준으로 1 내지 20 중량%인 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, wherein the electrode active material content is 1 to 20 wt% based on the electrode composition. 제 1항에 있어서, 상기 제1 용매는 아미드기 함유 용매인 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, wherein the first solvent is an amide group-containing solvent. 제3항에 있어서, 상기 아미드기 함유 용매는 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 이들의 혼합물인 전극 조성물.The electrode composition of claim 3, wherein the amide group-containing solvent is dimethylacetamide, dimethylformamide, or a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 제1 용매의 함량은 전체 용매의 중량을 기준으로 80 내지 100 중량%인 것을 특징으로 하는 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, wherein the content of the first solvent is 80 to 100 wt% based on the total weight of the solvent. 제1항에 있어서, 바인더, 도전제, 보습제, 분산제 및 완충제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, further comprising at least one component selected from the group consisting of a binder, a conductive agent, a humectant, a dispersant, and a buffer. 제 1항에 있어서, 상기 전극 조성물의 점도가 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단 속도(shear rate)에서 100mPa·sec 이하인 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, wherein the electrode composition has a viscosity of 100 mPa · sec or less at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 . 제 1항에 있어서, 상기 전극 조성물의 점도가 25℃의 온도 및 1000s-1의 전단 속도(shear rate)에서 0.5 내지 5mPa·sec인 전극 조성물.The electrode composition of claim 1, wherein the electrode composition has a viscosity of 0.5 to 5 mPa sec at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1000 s −1 . 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 조성물을 잉크젯 방식으로 프린트하여 제조된 이차 전지용 전극.The electrode for secondary batteries manufactured by printing the electrode composition of any one of Claims 1-8 by the inkjet method. 제9항에 따른 전극을 포함하는 이차 전지.A secondary battery comprising the electrode according to claim 9.
KR1020090085075A 2008-10-20 2009-09-09 Electrode composition for inkjet print, electrode and secondary battery prepared using the same KR20100044087A (en)

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