KR20150033660A - 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

리튬 이온 이차 전지의 전극을 도포 시공한 후에 세퍼레이터가 되는 절연 재료를 슬릿 다이코터로 도포 시공한 경우, 전극 재료와 절연 재료의 계면에 혼합층이 생기므로, 절연 재료가 얇아짐에 따라, 단락에 의한 불량의 위험성이 높아진다. 그 해결 수단으로서, 소정 속도로 공급된 전극 기판에 슬릿 다이코터에 의해 전극 재료를 도포 시공하고, 그 하류에서 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 커튼 코터에 의해 절연 재료를 도포 시공한 후, 건조로에서 양쪽 재료의 층을 건조ㆍ고착시켜 전극 시트를 제조하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법을 제안한다.

Description

리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 정극, 부극 및, 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
휴대 전자 기기의 발달에 수반하여, 이들 휴대 전자 기기의 전력 공급원으로서, 반복 충전이 가능한 소형 이차 전지가 사용되고 있다. 그 중에서도, 에너지 밀도가 높고, 사이클 라이프가 긴 동시에, 자기 방전성이 낮고, 또한, 작동 전압이 높은 리튬 이온 이차 전지가 주목받고 있다. 리튬 이온 이차 전지는, 상술한 이점을 갖으므로, 디지털 카메라, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화기 등의 휴대 전자 기기에 다용되고 있다. 또한, 최근에는, 전기 자동차용 전지나 전력 저장용 전지로서, 고용량, 고출력, 또한, 고에너지 밀도를 실현할 수 있는 대형의 리튬 이온 이차 전지의 연구 개발이 진행되고 있다. 특히, 자동차 산업에 있어서는, 환경 문제에 대응하기 위해, 동력원으로서 모터를 사용하는 전기 자동차나, 동력원으로서 엔진(내연 기관)과 모터의 양쪽을 사용하는 하이브리드차의 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 전기 자동차나 하이브리드차의 전원으로서도 리튬 이온 이차 전지가 주목받고 있다. 단, 리튬 이온 이차 전지는, 작동 전압이 높고, 에너지 밀도가 높으므로, 내부 단락이나 외부 단락 등에 의한 이상 발열에 대한 충분한 대책이 필요로 되어 있다.
리튬 이온 이차 전지는, 도 8에 그 동작 원리를 도시한 바와 같이, 비수전해질 이차 전지의 일종으로, 전해질 중의 리튬 이온이 전기 전도를 담당하는 이차 전지이다. 정극 재료(활물질)에는 리튬 금속 산화물을 이용하고, 부극 재료(활물질)에는 그래파이트 등의 탄소재를 이용하고, 전해질에는 탄산에틸렌 등의 유기 용매＋헥사플루오로인산리튬(LiPF6) 등의 리튬염을 이용하는 것이 주류로 되어 있다. 전지 내에서는 충전 시에 리튬 이온은 정극으로부터 나와 부극으로 들어가고, 방전 시에는 반대로 리튬 이온은 부극으로부터 나와 정극으로 들어간다.
리튬 이온 이차 전지의 구조는, 예를 들어 정극 재료를 도포 시공한 정극판과, 부극 재료를 도포 시공한 부극판과, 정극판과 부극판의 접촉을 방지하는 중합체 필름 등의 세퍼레이터를 권회한 전극 권회체를 구비하고 있다. 그리고, 리튬 이온 이차 전지에서는, 이 전극 권회체가 외장 캔에 삽입됨과 함께, 외장 캔 내에 전해액이 주입되어 있다. 즉, 리튬 이온 이차 전지에서는, 금속박에 정극 재료를 도포 시공한 정극판과, 금속박에 부극 재료를 도포 시공한 부극판이 띠 형상으로 형성되고, 띠 형상으로 형성된 정극판과 부극판이 직접 접촉하지 않도록, 세퍼레이터를 개재하여 단면 소용돌이 형상으로 권회되어 전극 권회체가 형성된다.
일본 특허 출원 공개 제2003-045491호 공보(특허문헌 1)는, 정극 전극 필름, 부극 전극 필름을 개별로 형성하여, 부극 전극 필름에 세퍼레이터 필름을 접합하고, 해당 세퍼레이터를 구비한 부극 전극 필름에 상기 정극 전극 필름을 적층하여 전극 권회체를 형성하는 종래의 전극 제조 방법에서는 공정수가 많은 점, 및 상기 전극 권회체를 복수매 적층한 집전체 내에 용액 상태의 전해 물질을 균일하게 주입하는 것은 매우 곤란하여 불량품의 발생이 많은 점을 개선하는 기술을 개시하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2003-045491호 공보(특허문헌 1)는, 정극 시트 형상물의 양면에 정극 전극 물질 함유 용액과, 전해, 절연 물질 함유 용액을, 용액 토출용 슬릿을 갖는 다이 코터를 사용하여 도포하고, 가열 공정을 거쳐 정극 전극 시트 형상물을 형성하고, 마찬가지로, 부극 시트 형상물의 양면에 부극 전극 물질 함유 용액과, 전해, 절연 물질 함유 용액을, 다이 코터를 사용하여 도포하고, 가열 공정을 거쳐 부극 전극 시트 형상물을 형성하고, 양쪽 전극 시트 형상물을 적층하여 전극 권회체를 형성하는 이차 전지 제조 방법 및 이차 전지 제조 장치를 개시하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2003-045491호 공보
리튬 이온 이차 전지의 전극 재료의 도포 시공에 있어서, 특허문헌 1과 같이 캐리어재의 면에 정극이나 부극의 전극 재료를 도포 시공한 후에 세퍼레이터가 되는 절연 재료를 도포 시공함으로써, 생산 효율의 향상, 제조 장치의 콤팩트화를 가능하게 할 수 있다.
그러나, 캐리어재의 면에 정극이나 부극의 전극 재료를 도포 시공한 후에 연속하여 세퍼레이터가 되는 절연 재료를 슬릿 다이코터로 도포 시공한 경우, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 전극 재료와 절연 재료의 혼합층이 생기고, 세퍼레이터로서 기능하는 절연 재료의 층이 얇아짐에 따라, 정극과 부극의 단락이 발생되기 쉬워져, 불량의 위험성이 높아진다.
따라서, 본 발명은, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면에 생기는 혼합층을 얇게 할 수 있는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 정극, 부극, 및, 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비한 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 소정 속도로 공급된 전극 기판에 슬릿 다이코터에 의해 전극 재료를 도포 시공하고, 그 하류에서 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 커튼 코터에 의해 절연 재료를 도포 시공한 후, 건조로에서 양쪽 재료의 층을 건조ㆍ고착시켜 전극 시트를 제조하도록 했다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 전극 기판을 소정 속도로 공급하는 전극 기판 송출 롤과, 전극 기판을 소정 속도로 반송하는 제1, 제2, 제3 롤러와, 상기 제1 롤러에 대항한 위치로부터 상기 전극 기판에 전극 재료를 도포 시공하는 슬릿 다이코터와, 상기 슬릿 다이코터의 하류에 있어서, 상기 제2 롤러에 대항한 위치로부터 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 절연 재료를 도포 시공하는 커튼 코터와, 상기 커튼 코터의 하류에 있어서, 상기 전극 기판 위에 도포 시공된 전극 재료와 절연 재료의 층을 가열하여, 건조ㆍ고착시키는 건조로와, 상기 전극 재료와 절연 재료가 고착된 상기 전극 기판을 권취하는 권취 롤을 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치를 구성했다.
본 발명에 따르면, 캐리어재의 면에 전극 재료와 절연 재료를 겹쳐서 도포하여 동시에 건조, 고착시키는 전극 시트의 제조 방법을 채용하는 경우에, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면의 혼합층의 생성을 얇게 억제할 수 있으므로, 절연 재료가 얇아진 경우라도 정극과 부극의 단락은 적어져, 불량의 위험성이 낮아진다.
상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 실시예 1에 있어서의 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 있어서의 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정의 구성도이다.
도 3은 캐리어재 위에 도포된 슬러리 상태의 전극 재료층과 절연 재료층의 계면의 단면의 개념도이다.
도 4는 실시예 1과 비교예의 다이 코팅 방법에 있어서의 절연층 막 두께와 혼합층 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 2에 있어서의 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정의 구성도이다.
도 6은 실시예 2와 비교예의 다이 코팅 방법에 있어서의 절연층 막 두께와 혼합층 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는 슬릿 다이코터에 의한 도포의 상황을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 7의 (b)는 커튼 코터에 의한 도포의 상황을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 리튬 이온 이차 전지의 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도 9는 리튬 이온 이차 전지가 제조될 때까지의 구체적인 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하, 실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
도 9는, 리튬 이온 이차 전지가 제조될 때까지의 구체적인 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정은, 정극 전극 시트 제조 공정과 부극 전극 시트 제조 공정과 전지 셀의 조립 공정과 전지 모듈의 조립 공정을 포함하고 있다.
정극 전극 시트 제조 공정에서는, 먼저, 정극 재료의 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합하여, 슬러리 재료(정극 재료)를 작성한다. 그리고, 필름 형상의 금속박에 이 슬러리 재료를 도포 시공, 건조한 후, 슬러리 재료가 도포 시공된 금속박에 압축이나 절단 등의 가공을 행하여, 필름 형상의 정극 전극 시트를 제조한다.
한편, 부극 전극 시트 제조 공정에서는, 정극 전극 시트 제조 공정과는 사용되는 원료가 되는 각종 재료는 상이하지만, 부극 전극 시트가 제조될 때까지의 순서는 동일하다. 먼저, 부극 재료의 원료가 되는 각종 재료를 혼련 및 조합하여 슬러리 재료(부극 재료)를 작성하고(혼련ㆍ조합), 필름 형상의 금속박에 이 슬러리 재료를 도포 시공, 건조한 후(도포 시공), 슬러리 재료가 도포 시공된 금속박의 압축이나 절단 등의 가공을 행하여(가공), 필름 형상의 부극 전극 시트를 제조한다.
그 후, 전지 셀 조립 공정에서는, 권회라고 불리는 공정에서, 상기의 필름 형상의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트로부터, 전지 셀에 필요한 크기의 정극 및 부극을 잘라냄과 함께, 이들 정극 전극 시트와 부극 전극 시트를 분리하기 위한 필름 형상의 세퍼레이터 재료로부터 전지 셀에 필요한 크기의 세퍼레이터를 잘라내고, 정극 및 부극에, 잘라낸 세퍼레이터를 사이에 두고 겹쳐서 한데 감는다(권회). 그리고, 한데 감은 정극, 부극 및 세퍼레이터의 전극쌍의 군을 조립하여 용접한다. 그 후, 용접한 이들 전극쌍의 군을, 전해액이 주입(주액)된 전지 캔 내에 배치한 후, 전지 캔을 완전히 밀폐하여(밀봉), 전지 셀을 작성한다.
전지 셀 검사 공정은, 셀 조립 공정에서 작성된 리튬 이온 이차 전지의 셀을 반복하여 충방전하고, 이 전지 셀의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들어, 전지 셀의 용량이나 전압, 충전 또는 방전 시의 전류나 전압 등의 검사)를 행한다(단전지 검사). 이에 의해, 전지 셀이 완성되어, 전지 셀 조립 공정이 종료된다.
다음으로, 모듈 조립 공정에서는, 전지 셀을 복수개 직렬로 조합하여 전지 모듈을 구성하고, 또한, 충/방전 제어용 컨트롤러를 접속하여 전지 시스템을 제조한다(모듈 조립). 그 후, 모듈 검사 공정에 있어서, 모듈 조립 공정에 있어서 조립된 전지 모듈의 성능 및 신뢰성에 관한 검사(예를 들어, 전지 모듈의 용량이나 전압, 충전 또는 방전 시의 전류나 전압 등의 검사)를 행한다(모듈 검사).
본 발명은, 상기 정극 전극 시트 제조 공정, 및 상기 부극 전극 시트 제조 공정에 있어서의 도포 시공 공정에 관한 제조 방법 및 제조 장치이다. 본 발명의 실시에 의해, 상기 전지 셀 조립 공정에 있어서, 전해액을 전지 캔 내로 주입하는 주액 공정을 생략하는 것이 가능하다.
실시예 1
도 2에 특허문헌 1의 제2 실시예에 개시되어 있는 정극 시트 형상물, 또는 부극 시트 형상물에 전극 물질, 및 전해, 절연 물질을 연속하여 도포하고, 건조ㆍ고착시키는 일련의 제조 공정의 구성도를 도시한다. 특허문헌 1에서는 캐리어재(정극 시트 형상물, 또는 부극 시트 형상물)의 양면에 전극 물질, 및 전해, 절연 물질을 도포하고 있지만, 현실적이지 않다고 생각되므로, 본 실시예의 비교예로서, 캐리어재의 편면에 전극 물질, 및 전해, 절연 물질을 도포하는 제조 공정예를 나타낸다.
도 2의 제조 공정에서는, 정극 전극 시트의 편면을 제조하고 있다. 정극판(PEP)은, 정극판 송출 롤 1(RL1)로부터 송출되고, 롤러 2(RL2)에 대항하는 슬릿 다이코터 1(DC1)로부터 공급되는 정극 재료(PAS)가 도포 시공되고, 계속해서, 롤러 3(RL3)과 대항한 위치의 슬릿 다이코터 2(DC2)로부터 공급되는 절연 재료(IF)가 도포 시공되어, 건조로(DRY)를 통과함으로써 건조되고, 권취 롤 5(RL5)에 권취되어, 정극 전극 시트가 제조된다.
상기한 슬릿 다이코터 1(DC1)은, 종래부터 후막 도포 시공이나, 고점도 도료를 도포하는 용도로 널리 채용되어 있다. 본 비교예의 다이 코팅 방법에서는, 도 7의 (a)에 구금 부재(71)에 의해 나타낸 바와 같이, 도시하고 있지 않은 정극 재료(슬러리 재료)(PAS)를 저류한 탱크로부터 도시하고 있지 않은 정량 펌프에 의해, 구금 부재(71)의 매니폴드(73)에 정극 재료(슬러리 재료)(PAS)가 공급된다. 매니폴드(73)에 있어서, 정극 재료의 압력 분포를 균일하게 한 후, 구금 부재(71)에 형성된 슬릿(74)에 정극 재료(슬러리 재료)(PAS)가 공급되어, 토출된다. 토출된 정극 재료(슬러리 재료)(PAS)는, 구금 부재(71)와 일정 간격(h1)(본 비교예, 및 본 실시예에 있어서 모두 h1＝50 내지 100㎛로 하고 있다)을 유지하여 상대적으로 주행하는 캐리어재(정극 시트 형상물)(81) 사이에 비이드라고 불리는 정극 재료 저류부(75)를 형성하고, 이 상태에서 캐리어재(정극 시트 형상물)(81)의 주행에 수반하여 정극 재료를 인출하여 도막을 형성한다.
여기서, 도막 형성에 의해 소비되는 양과 동량의 정극 재료를 슬릿(74)으로부터 공급함으로써 도막을 연속적으로 형성한다. 증발 속도가 빠른 유기 용제계의 박막의 도포를 안정적으로 행하기 위해, 상기 정극 재료 저류부(75)의 하류측 메니스커스(액면의 굴곡)(79)의 형상의 안정화가 중요해진다. 그로 인해, 매니폴드(73)로 정극 재료를 공급하는 압력은, 슬릿부(74) 압력 손실＋구금 부재(71)의 하류측 립부(78) 압력 손실＋하류측 메니스커스(79) 압력으로 된다.
도 2의 제조 공정에서는, 계속하여 제2의 슬릿 다이코터 2(DC2)에 의해 전해, 절연 물질을 도포하고 있지만, 거기에서의 다이 코팅 방법은 상기한 슬릿 다이코터 1(DC1)에 있어서의 조건과 마찬가지이다. 슬릿 다이코터 2(DC2)의 슬릿(74)으로부터 토출된 전해, 절연 물질을 원료로 하는 슬러리 재료[절연 재료(IF)]를, 상류에서 캐리어재(정극 시트 형상물)(81)에 정극 재료가 도막된 위에 도포한다.
이상과 같이, 슬러리 상태의 정극 재료와 절연 재료를 겹쳐서 도포한 후, 건조로(DRY)에 의한 가열ㆍ건조 공정을 거쳐서, 양쪽의 도막층을 동시에 건조, 고착시킬 수 있어 효율이 좋다. 그러나, 캐리어재 위에 도포된 슬러리 상태의 정극 재료와 절연 재료는, 도 3에 단면의 개념도를 도시한 바와 같이, 전극판의 캐리어재(EP) 위에 도포된 전극 재료층(EL)과 절연 재료층(SEL)의 계면에는 절연 기능이 상실된 혼합층(MIX)이 생기는 것이 본 발명자에 의해 확인되었다. 이 혼합층(MIX)의 생성에 의해, 절연 기능을 갖는 절연 재료층(SEL)의 두께가 원래 의도한 두께보다 얇아지는 것이 문제이다.
본 실시예에서는, 리튬 이온 이차 전지의 콤팩트화에 수반하여 세퍼레이터가 되는 절연 재료층을 얇게 설계하는 경우라도, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면의 혼합층을 얇게 할 수 있는 다이 코팅 방법을 설명한다.
도 1은, 본 실시예의 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법의 구성도의 예이다.
정극판(PEP)은, 정극판 송출 롤 1(RL1)로부터 송출되고, 롤러 2(RL2)에 대항하는 슬릿 다이코터(DC1)로부터 공급되는 정극 재료(PAS)가 도포 시공되고, 롤러 3(RL3)과 대항한 위치의 커튼 코터(CC1)로부터 공급되는 절연 재료(IF)가 도포 시공되고, 건조로(DRY)를 통과함으로써 건조되고, 권취 롤 5(RL5)에 권취되어, 정극 전극 시트가 제조된다. 본 실시예는, 도 2에 도시하는 비교예에 있어서, 슬릿 다이코터 2(DC2)로부터 절연 재료(IF)를 공급하여 도포 시공하고 있는 것에 대신하여, 커튼 코터(CC1)로부터 절연 재료(IF)를 공급하여 도포 시공하는 다이 코팅 방법이다.
커튼 코터(CC1)는, 도 7의 (b)에 구금 부재(72)에 의해 도시한 바와 같이, 도시하고 있지 않은 절연 재료(슬러리 재료)(IF)를 저류한 탱크로부터 도시하고 있지 않은 정량 펌프에 의해, 구금 부재(72)의 매니폴드(76)에 절연 재료(슬러리 재료)(IF)가 공급된다. 매니폴드(76)에 있어서, 절연 재료의 압력 분포를 균일하게 한 후, 구금 부재(72)에 형성된 슬릿(77)으로 절연 재료(슬러리 재료)(IF)가 공급되어, 토출된다. 토출된 절연 재료(슬러리 재료)(IF)는, 균일한 안정된 유량의 커튼 막(80)을 형성하여 낙하하고, 이 커튼 막(80)은, 구금 부재(72)와 일정 간격(h2)을 유지하여 상대적으로 주행하는 캐리어재(정극 시트 형상물)(81) 위의 정극 재료(PAS)층에 닿는 순간에 캐리어재와 동일한 속도로 잡아 늘려져, 균일하게 도포 시공된다.
본 실시예에서는, 커튼 코터(CC1)와 캐리어재(정극 시트 형상물)(81)의 간격(h2)을 100㎛ 내지 10㎜로 하고 있다. 커튼 코터(CC1)에 있어서도, 상기한 슬릿 다이코터 1(DC1)과 마찬가지로, 도막 형성에 의해 소비되는 양과 동량의 절연 재료를 슬릿(77)으로부터 공급함으로써 도막을 연속적으로 형성한다. 그로 인해, 매니폴드(76)로 절연 재료를 공급하는 압력은, 슬릿부(77) 압력 손실과, 상기한 도막 형성에 의해 소비되는 양과 동량의 유량을 확보하는 압력이 있으면 좋다. 슬릿(77)으로부터 토출된 절연 재료(슬러리 재료)(IF)는, 초속 V0으로 간격(h2)을 낙하하고,
Figure pct00001
로 캐리어재에 충돌하지만, 간격(h2)은 상기한 바와 같이 작으므로, 속도 Vc는 약간이고, 캐리어재 위의 정극 재료의 도막과 접촉하는 압력은, 상기한 슬릿 다이코터 1(DC1)의 정극 재료 저류부(75)에 있어서의 구금 부재(71)의 하류측 립부(78) 압력 손실＋하류측 메니스커스(79) 압력보다는 작아지는 것이 특징이다.
본 실시예에서는, 정극 재료(PAS)는 코발트산리튬을 포함하는 활물질과 도전 보조제로서의 카본을 혼합하고, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용했다.
절연 재료(IF)는 실리카(SiO2)의 분체를 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용했다.
본 실시예의 다이 코팅 방법에 있어서의 전극 재료층과 절연 재료층의 계면의 혼합층의 평가는, 완성된 전극의 단면을 잘라내고, SEM으로 관찰한 상으로부터 혼합층의 막 두께를 산출했다. 도 3에 도시하는 단면의 개념도를 기초로, 혼합층(MIX)의 막 두께를 평가한 결과를 도 4에 정리했다. 비교예에서는 절연층의 막 두께가 얇아짐에 따라 혼합층의 막 두께가 커지고, 25㎛ 이하의 절연층의 막 두께에서는 단락 발생의 가능성이 높아지는 것을 알 수 있었다. 본 실시예의 다이 코팅 방법의 결과는, 절연층의 막 두께가 얇게 되어 있어도 혼합층의 막 두께는 5㎛ 이하로 되어 있어, 단락 발생의 가능성은 낮은 것을 알 수 있었다.
실시예 2
실시예 2에서는, 전극 재료층과 절연 재료층의 계면이 균일해지고, 세퍼레이터 재료가 더 얇아진 경우라도 단락 발생의 위험성이 낮아지는 다이 코팅 방법의 예를 설명한다.
도 5는, 본 실시예의 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법의 구성도의 예이다.
정극판(PEP)은, 정극판 송출 롤(RL1)로부터 송출되고, 롤러 2(RL2)에 대항하는 슬릿 다이코터(DC1)로부터 공급되는 정극 재료(PAS)가 도포 시공되고, 롤러 3(RL3)과 대항한 위치의 커튼 코터(CC1)로부터 공급되는 절연 재료(IF)가 도포 시공되고, 롤러 6(RL6)에 대항하는 나이프 코터(KC1)에 의해 도포 시공막 높이가 조정되고, 건조로(DRY)를 통과함으로써 건조되고, 권취 롤 5(RL5)에 권취되어, 정극 전극 시트가 제조된다.
정극 재료(PAS)는 코발트산리튬을 포함하는 활물질과 도전 보조제로서의 카본을 혼합하고, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용했다.
절연 재료(IF)는 실리카(SiO2)의 분체를 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용했다.
본 실시예의 다이 코팅 방법에 있어서의 전극 재료층과 절연 재료층의 계면의 혼합층의 평가는, 완성된 전극의 단면을 잘라내고, SEM으로 관찰한 상으로부터 혼합층의 막 두께를 산출했다. 도 3에 도시하는 단면의 개념도를 기초로, 혼합층(MIX)의 막 두께를 평가한 결과를 도 6에 정리했다. 비교예에서는 절연층의 막 두께가 얇아짐에 따라 혼합층의 막 두께가 커지고, 25㎛ 이하의 절연층의 막 두께에서는 단락 발생의 가능성이 높아지는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 다이 코팅 방법의 결과는, 절연층의 막 두께가 더 얇게 되어 있어도 혼합층의 막 두께는 5㎛ 이하로 되어 있어, 단락 발생의 가능성은 낮다.
이상의 실시예 1, 2에서는, 정극판(PEP)의 편면에 정극 재료(PAS), 및 절연 재료(IF)를 도포 시공하고, 정극 전극 시트를 제조하는 예를 기재했다. 정극판(PEP)의 양면에 정극 재료(PAS) 및 절연 재료(IF)를 도포 시공하는 경우에는, 권취 롤 5(RL5)에 권취된 정극 전극 시트를 반전시키고, 다시 동일한 공정을 거쳐 이면을 도포 시공하는 것이 생각된다.
또한, 실시예 1, 2에서는, 정극 전극 시트 제조 공정의 예를 나타냈다. 동일한 다이 코팅 방법을 사용하여, 부극 전극 시트 제조 공정도 실현할 수 있다. 이 경우에는, 부극 재료(NAS)는 탄소 재료(카본 재료)를 포함하는 부극 활물질과, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용한다.
절연 재료(IF)는 실리카(SiO2)의 분체를 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용한다.
부극 전극 시트 제조 공정에서는, 부극판(NEP)에 부극 재료(NAS)와 절연 재료(IF)를 겹쳐 도포하는 경우와, 부극판(NEP)에 부극 재료(NAS)만을 도포하여 부극 전극 시트를 제조하는 경우의 양쪽이 생각된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예 1, 2에서는, 리튬 이온 이차 전지를 예로 들어, 본 발명의 기술적 사상에 대해 설명했지만, 본 발명의 기술적 사상은, 리튬 이온 이차 전지로 한정되는 것은 아니고, 정극, 부극, 및, 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 축전 디바이스(예를 들어, 전지나 캐패시터 등)에 폭넓게 적용할 수 있다.
RL1 : 정극판 송출 롤
RL2 : 롤러 2
RL3 : 롤러 3
RL4 : 롤러 4
RL5 : 권취 롤
RL6 : 롤러 6
PEP : 정극판
DC1 : 슬릿 다이코터 1
DC2 : 슬릿 다이코터 2
PAS : 정극 활물질
CC1 : 커튼 코터
IF : 절연 재료
DRY : 건조로
SEL : 절연층
EL : 전극층
EP : 전극판
MIX : 혼합층
71 : 슬릿 다이코터 구금 부재
72 : 커튼 코터 구금 부재
73 : 매니폴드
74 : 슬릿
75 : 전극 재료 저류부(비드)
76 : 매니폴드
77 : 슬릿
78 : 구금 부재(71)의 하류측 립부
79 : 하류측 메니스커스
80 : 절연 재료의 커튼막
81 : 캐리어재(정극 시트 형상물)
h1 : 슬릿 다이코터 구금 부재와 캐리어재의 간격
h2 : 커튼 코터 구금 부재와 캐리어재의 간격

Claims (8)

  1. 정극, 부극, 및 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비한 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법으로서,
    소정 속도로 공급된 전극 기판에 슬릿 다이코터에 의해 전극 재료를 도포 시공하고, 그 하류에서 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 커튼 코터에 의해 절연 재료를 도포 시공한 후, 건조로에서 양쪽 재료의 층을 건조ㆍ고착시켜 전극 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 재료는, 정극 재료(PAS)는 코발트산리튬을 포함하는 활물질과 도전 보조제로서의 카본을 혼합하고, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하고,
    부극 재료(NAS)는 탄소 재료(카본 재료)를 포함하는 부극 활물질을, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 재료는, 실리카(SiO2)의 분체를 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    소정 속도로 공급된 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 커튼 코터에 의해 절연 재료를 도포 시공한 후, 나이프 코터에 의해 도포 시공막 높이를 조정하여, 건조로로 투입하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  5. 전극 기판을 소정 속도로 공급하는 전극 기판 송출 롤과,
    전극 기판을 소정의 속도로 반송하는 제1, 제2, 제3 롤러와,
    상기 제1 롤러에 대항한 위치로부터 상기 전극 기판에 전극 재료를 도포 시공하는 슬릿 다이코터와,
    상기 슬릿 다이코터의 하류에 있어서, 상기 제2 롤러에 대항한 위치로부터 상기 전극 기판 위의 전극 재료의 층 위에 절연 재료를 도포 시공하는 커튼 코터와,
    상기 커튼 코터의 하류에 있어서, 상기 전극 기판 위에 도포 시공된 전극 재료와 절연 재료의 층을 가열하여, 건조ㆍ고착시키는 건조로와,
    상기 전극 재료와 절연 재료가 고착된 상기 전극 기판을 권취하는 권취 롤을 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커튼 코터의 하류, 및 상기 건조로의 상류에, 상기 전극 기판 위의 도포 시공막 높이를 조정하는 나이프 코터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전극 재료는, 정극 재료(PAS)는 코발트산리튬을 포함하는 활물질과 도전 보조제로서의 카본을 혼합하여, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하고,
    부극 재료(NAS)는 탄소 재료(카본 재료)를 포함하는 부극 활물질을, 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 절연 재료는, 실리카(SiO2)의 분체를 폴리불화비닐리덴을 포함하는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액에 혼련한 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치.
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