KR20160076797A - 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 함침성이 개선되고 유연성이 현저히 향상된 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차 전지용 전극은 표면으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴이 형성되며, 함몰패턴은 표면 중 서로 다른 일면과 타면에 형성된다.
본 발명에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법은 이차 전지의 전극을 준비하는 준비단계 및 레이저를 조사하여 전극의 양면 각각으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴을 형성하는 패턴 형성 단계를 포함한다.

Description

이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법{ELECTRODE FOR A SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 함침성이 개선되고 유연성이 현저히 향상된 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 이러한 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.

이차 전지의 전극은 전극 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base) 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.

이러한 전극에서 전기 용량은 전극 활물질의 양에 따라 결정될 수 있다. 금속 기재 위에 도포된 전극 활물질의 양이 많은 경우 고용량의 이차 전지가 될 수 있고, 도포된 전극 활물질의 양이 적은 경우는 저용량의 이차전지가 될 수 있다. 고용량의 이차 전지는 더욱 큰 파워와 성능을 발휘할 수 있으므로, 고밀도, 고용량의 이차 전지를 개발하는 것은 이차 전지의 개발 추세에 맞추어 계속적으로 요구되는 사항이다.

그런데 이차 전지의 용량을 크게 만들기 위하여 금속 기재 위에 도포되는 전극 활물질의 양을 계속적으로 늘릴 경우 전극의 두께가 두꺼워지므로 전극의 유연성(flexibility)이 현저히 떨어지는 문제가 있었다. 또, 두꺼운 전극일수록 더욱 잘 안 휘어지므로 곡면형 전지를 만들기 어렵게 되는 문제가 있었다.

또한 금속 기재 위에 도포되는 전극 활물질의 양을 계속적으로 늘려 전극의 두께가 두꺼운 경우, 전극 활물질이 전해액에 함침(wetting)되지 못하는 부분이 발생하고, 그에 따라 전지의 미반응 부분이 늘어나므로, 전지의 성능이 저하되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 함침성이 개선되고 유연성이 향상된 이차 전지용 전극 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이차 전지용 전극은 표면으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴이 형성되며, 함몰패턴은 표면 중 서로 다른 일면과 타면에 형성된다.

본 발명에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법은 이차 전지의 전극을 준비하는 준비단계 및 레이저를 조사하여 전극의 양면 각각으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴을 형성하는 패턴 형성 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 이차 전지용 전극은 함몰패턴이 전극의 표면 중 서로 다른 일면과 타면에 형성됨으로써, 전극의 함침성 및 유연성이 현저히 향상될 수 있다.

본 발명에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법은 전극을 준비하는 준비단계 및 레이저를 조사하여 전극의 양면 각각으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴을 형성하는 패턴 형성 단계를 포함함으로써, 함침성 및 유연성이 현저히 향상된 전극을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 3은 비교예의 전극에 전해액을 한 방울 떨어뜨린 모습을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 상에 전해액을 한 방울 떨어뜨린 모습을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 휜 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 이차 전지의 단면을 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 대해 먼저 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)은 표면에 함몰패턴(115)이 형성된다. 함몰패턴(115)은 전극 표면(117)으로부터 내측으로 함몰되는 형태일 수 있다. 그리고 함몰패턴(115)은 상기 전극의 표면(117) 중 서로 다른 일면(111)과 타면(113)에 형성될 수 있다.

이차 전지용 전극(100)이 플레이트 형상을 가질 경우, 전극 표면(117)의 일면(111)과 타면(113)은 서로 반대 측 방향을 바라보는 면일 수 있다. 일면(111)이 위쪽을 바라보는 면이면, 타면(113)은 아래쪽을 바라보는 면일 수 있다.

함몰패턴(115)은 서로 이격되는 가상의 선(line)을 따라 형성될 수 있으며, 이러한 가상의 선이 격자 무늬를 가질 경우 함몰패턴(115)은 격자 무늬를 따라 배열될 수 있다.

도 1에서는 함몰패턴(115)이 격자무늬를 따라 배열된 모습이 도시되고 있다. 도 2에서는 도 1에서 도시되는 전극의 단면이 도시되고 있다. 다만, 도 1에서 도시되는 전극이 좀더 확대된 부분을 보여주고 있어서 도 1과 도 2에서 도시되는 이차전지용 전극(100)에서 함몰패턴(115)의 개수는 다소 차이가 있을 수 있다.

한편, 함몰패턴(115)은 점(dot) 형태로 복수 개가 상호 이격되게 배열될 수도 있다(미도시). 이 경우 배열되는 점 형태의 함몰패턴(115)은 특정한 무늬를 따라 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)은 레이저를 전극에 조사하는 방법을 사용하여 제조할 수 있다.

이러한 방식의 이차 전지용 전극(100)의 제조 방법은 준비단계, 및 패턴 형성 단계를 포함할 수 있다.

준비 단계는 이차 전지의 전극을 준비하는 단계일 수 있다. 그리고 패턴 형성 단계는 레이저를 전극의 표면에 조사하여 전극의 양면 각각으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴(115)을 형성하는 단계일 수 있다. 이는 레이저에 의하여 전극의 표면 일부를 깎아내는 원리에 의한 것일 수 있다. 이때, 함몰패턴(115)은 도 1에서 도시되는 것과 같은 격자 무늬일 수 있다.

레이저로 전극을 깎아 내는 공정에서 레이저는 레이저 광원으로부터 방출되어 반사경(미도시)에 부딪힌 뒤 집광 렌즈(미도시)를 통과하여 이차 전지의 전극으로 조사될 수 있다. 레이저의 조사를 받은 부분이 깎여 나가면 그 자리에 음각의 함몰패턴(115)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)은 함몰패턴(115)이 전극의 표면 중 서로 다른 일면(111)과 타면(113)에 형성됨에 따라, 전극의 함침성 및 유연성이 현저히 향상될 수 있다

먼저 도 3 및 도 4를 참조하여 전극의 함침성 향상에 대하여 설명한다.

도 3은 비교예의 전극에 전해액을 한 방울 떨어뜨린 모습을 도시하는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 상에 전해액을 한 방울 떨어뜨린 모습을 도시하는 단면도이다.

도 3의 비교예의 전극(10)에는 함몰패턴이 전혀 형성되어 있지 않다. 그에 따라 비교예의 전극 표면(17)에 떨어진 한 방울의 전해액(E)이 가지는 접촉각(θ1)은 122.8도로 상대적으로 현저히 큰 값을 갖는다.

이에 반해, 도 4에서 도시되는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)에는 격자 무늬의 함몰패턴(미도시)이 형성되어 있다. 이 함몰 패턴은 전극 표면(117)에 형성되어 있다. 그에 따라 전극 표면(117)에 떨어진 한 방울의 전해액(E)이 가지는 접촉각(θ2)은 33.7도로 상대적으로 현저히 작은 값을 갖는다.

전극 표면에 떨어진 한 방울의 전해액이 가지는 접촉각이 작을수록 전해액이 전극의 표면에서 더욱 잘 퍼져나간다는 것을 의미한다. 그러므로 전해액이 가지는 접촉각이 작을수록 전해액의 함침(wetting)성은 증가하게 된다.

즉, 도 4의 본 발명의 일실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)의 함침성이 도 3에서 도시되는 기존의 이차 전지용 전극보다 더 함침성이 좋다.

앞서 본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)에서 전해액(E)의 접촉각의 크기(θ2)는 비교예의 전극(10)에 비하여 현저히 작은 값을 가진다. 그러므로 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)의 함침성은 현저히 향상될 수 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6를 참조하여 전극의 유연성 향상에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 휜 상태를 도시하는 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 이차 전지의 단면을 도시하는 도면이다.

도 5에서 도시되듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)이 휜 경우에 전극의 일면(111)에 있는 함몰패턴(115)의 폭이 줄어들고, 타면(113)에 있는 함몰패턴(115)의 폭은 늘어나면서 전극의 유연성이 극대화 될 수 있다.

이러한 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)의 유연성(flexibility)은 현저히 향상될 수 있다.

한편, 이러한 전극의 유연성 향상은 이차 전지 유연성의 현저한 향상으로도 이어질 수 있다. 도 6에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)을 이용하여 양극(200)과 음극(300)을 형성하고, 이를 분리막(250)이 개재된 상태로 적층하여 이차 전지(1000)를 만들 수 있다. 이 경우, 이러한 이차 전지(1000) 역시 유연성이 현저히 향상될 수 있다. 분리막(250)은 그 자체로 유연성이 좋은 소재이고 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극인 양극(200) 및 음극(300) 역시 유연성이 현저히 향상된 전극이기 때문이다.

이 경우 평면형 전지뿐 아니라 휜 상태의 곡면형 전지(Curve Battery)나 케이블 전지(Cable Battery)의 유연성을 더욱 현저히 향상시킬 수도 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 비교예의 전극
17: 비교예의 전극 표면
100: 이차 전지용 전극
111: 일면
113: 타면
115: 함몰패턴
117: 전극 표면
200: 양극
250: 분리막
300: 음극
1000: 이차 전지
E: 전해액

Claims (6)

1. 표면으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴이 형성되며,
   상기 함몰패턴은 상기 표면 중 서로 다른 일면과 타면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 함몰패턴은 점(dot) 형태로 복수 개가 상호 이격되게 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 함몰패턴은 서로 이격되는 가상의 선(line)을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 함몰패턴은 격자 무늬를 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극.
5. 이차 전지의 전극을 준비하는 준비단계; 및
   레이저를 조사하여 상기 전극의 양면 각각으로부터 내측으로 함몰되는 함몰패턴을 형성하는 패턴 형성 단계를 포함하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 함몰패턴은 격자 무늬인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.

Images