KR20160088628A - Polymer transfer method and apparatus on the cathode active material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차 전지 양극 표면 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차 전지 양극 표면에 전사방법을 이용하여 폴리머층을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery anode surface method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for forming a polymer layer on a surface of a lithium secondary battery anode using a transfer method.
리튬 황 전지의 충방전시 발생하는 많은 양의 폴리설파이드를 흡수 또는 차단하기 위해 양이온 폴리머 또는 전이 금속 칼코게나이드가 첨가된다.A cationic polymer or a transition metal chalcogenide is added in order to absorb or block a large amount of polysulfide generated during charging and discharging of the lithium sulfur battery.
이때 흡수 또는 차단 효율을 높이기 위해 양이온 폴리머 또는 전이 금속 칼코게나이드의 첨가량을 높이는 경우 활물질로 사용되는 황의 담지량은 감소하게 된다. If the addition amount of the cationic polymer or the transition metal chalcogenide is increased to increase the absorption or blocking efficiency, the amount of sulfur supported as the active material decreases.
그리고 용해성 폴리설파이드의 완벽한 흡수는 불가능하며, 용해성 폴리설파이드의 지속적인 발생으로 리튬 황 전지의 용량 및 에너지가 감소하게 된다. And the complete absorption of the soluble polysulfide is impossible, and the continuous generation of the soluble polysulfide results in a reduction in the capacity and energy of the lithium sulfur battery.
이에 폴리설파이드를 막을 수 있는 층을 제작된 양극 활물질 표면위에 직접 코팅하는 방법이 진행되었지만 직접적으로 양극 위에 코팅하는 방법은 이미 제작된 양극의 상태에 변화를 초래하게 되고 이에 따라 리튬 황 전지의 특성이 안 좋아 지는 상황이 발생한다.Thus, a method of directly coating the polysulfide-blocking layer on the surface of the prepared cathode active material has been carried out. However, the method of directly coating the anode on the surface of the positive electrode causes a change in the state of the prepared anode, Something bad happens.
그리고 이와 같은 방법은 불균일한 양극 표면의 영향으로 얇고 균일한 막의 형성이 힘든 점이 있다.Such a method has a drawback in that it is difficult to form a thin and uniform film due to the uneven surface of the anode.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명은 리튬 황전지의 양극 활물질 표면에 전사법을 이용하여 폴리머층을 활물질 표면에 균일하게 간단히 생성할 수 있는 양극활물질 전사 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to provide a positive electrode active material transfer method capable of uniformly and easily forming a polymer layer on a surface of an active material using a transfer method on the surface of a positive electrode active material of a lithium- .
그리고 본 발명은 양극 활물질 표면에 생성되는 폴리머층의 두께 조절 및 후처리 공정을 용이하게 할 수 있는 양극활물질 전사 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a cathode active material transferring method capable of facilitating the thickness control and post-treatment of a polymer layer formed on the surface of a cathode active material.
본 발명의 실시예들에 따른 양극 활물질 폴리머 전사 방법은 (A) 기판 표면에 전사 물질을 생성하는 단계 및 (B) 양극 활물질 표면에 상기 기판 표면에 생성된 전사 물질을 전사시키는 단계를 포함한다.The method for transferring a cathode active material polymer according to embodiments of the present invention includes the steps of (A) generating a transfer material on a surface of a substrate, and (B) transferring a transfer material produced on the surface of the substrate to a surface of a cathode active material.
여기서 상기 전사 물질은 폴리머(Polymer) 층인 것을 특징으로 한다.Wherein the transfer material is a polymer layer.
그리고 (A) 기판 표면에 전사 물질을 생성하는 단계 이후 생성된 전사물질을 가열 및 상온 냉각시켜 생성된 전사 물질 입자들을 교차결합(Crosslink) 시키는 단계를 더 포함한다.And (A) cross-linking the generated transfer material particles by heating and cooling the transferred material generated after the step of generating the transfer material on the substrate surface.
그리고 상기 양극 활물질은 황(Sulfur)인 것을 특징으로 한다.And the cathode active material is sulfur.
그리고 상기 전사 물질은 스핀(Spin) 방법을 통하여 기판 표면에 생성되는 것을 특징으로 한다.The transfer material is formed on the surface of the substrate through a spin method.
다음으로 상기 기판의 표면은 전사 물질 생성전에 생성되는 전사물질과 기판 표면과의 점착력 제어를 위해 표면처리 되는 것을 특징으로 한다.Next, the surface of the substrate is surface-treated to control the adhesion between the transfer material generated before the transfer material is formed and the surface of the substrate.
그리고 본 발명에 따른 양극 활물질 폴리머 전사 시스템은 기판; 폴리머를 저장하고 공급하는 폴리머 공급부; 상기 폴리머 공급부로부터 폴리머를 공급받아 상기 기판 표면에 폴리머층을 생성하는 폴리머 생성부; 상기 기판 표면에 생성된 폴리머를 가열하는 가열부; 상기 기판 표면에 생성 및 가열된 폴리머를 양극 활물질 표면에 전사시키는 전사부 및 상기 폴리머 공급부, 가열부, 전사부 및 폴리머 코팅부를 제어하는 제어부;를 포함한다.The cathode active material polymer transfer system according to the present invention comprises a substrate; A polymer supply unit for storing and supplying the polymer; A polymer generating unit that receives a polymer from the polymer supplying unit and generates a polymer layer on a surface of the substrate; A heating unit for heating the polymer generated on the surface of the substrate; A transfer unit for transferring the polymer generated and heated on the substrate surface to the surface of the cathode active material, and a controller for controlling the polymer supply unit, the heating unit, the transfer unit, and the polymer coating unit.
본 발명에 의한 양극 활물질 전사 방법은 리튬 황전지의 양극 활물질 표면에 전사법을 이용하여 폴리머층을 활물질 표면에 생성하여 주기 때문에 폴리머층을 간단히 균일하게 양극 활물질 표면에 생성할 수 있는 효과가 있다.The method of transferring a cathode active material according to the present invention has the effect that a polymer layer can be uniformly formed on the surface of a cathode active material because the polymer layer is formed on the surface of the active material by the transfer method on the surface of the cathode active material of the lithium sulfur battery.
그리고 본 발명은 전사법을 이용하여 폴리머를 활물질 표면에 생성하여 주기 때문에 양극 활물질 표면에 생성되는 폴리머층의 두께 조절 및 후처리 공정을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.Further, since the polymer is formed on the active material surface using the transfer method, the present invention has an effect of facilitating the thickness control and post-treatment of the polymer layer formed on the surface of the cathode active material.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극 활물질 전사 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극 활물질 전사 방법을 나타낸 참조도.1 is a perspective view of a cathode active material transferring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a reference view showing a method of transferring a cathode active material according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 상세한 설명 또는 첨부 도면에 도시된 구성에 한정되지 않으며 다양한 방식으로 사용되거나 수행될 수 있다. Before describing the embodiments according to the present invention in detail, the present invention is not limited to the configurations shown in the following description or the accompanying drawings, but may be used or performed in various ways.
또한, 본 명세서에 사용되는 표현이나 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 한정을 위한 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 알아야 한다. It is also to be understood that the phraseology or terminology employed herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting.
즉, 본 명세서에 사용되는, "장착된", "설치된", "접속된", "연결된", "지지된", "결합된" 등의 표현은, 다른 것을 나타내는 것으로 지시하거나 한정하고 있는 않는 한, 직접적인 그리고 간접적인 장착, 설치, 접속, 연결, 지지, 및 결합을 모두 포함하는 광범위한 표현으로 사용되고 있다. "접속된", "연결된", "결합된"이라고 하는 표현은, 물리적인 또는 기계적인 접속, 연결 또는 결합에 한정되지 않는다.That is, as used herein, the terms "mounted", "installed", "connected", "connected", "supported", "coupled", etc. do not denote or denote otherwise It is used in a wide range of expressions, including both direct and indirect mounting, mounting, connection, connection, support, and engagement. The expressions "connected," "connected," and "coupled" are not limited to physical or mechanical connections, connections, or couplings.
그리고 본 명세서에서, 상부, 하부, 하향, 상향, 후방, 바닥, 전방, 후부 등과 같이 방향을 나타내는 용어는 도면을 설명하기 위해 사용되고 있지만, 이러한 용어는, 편의를 위해 도면에 대해 상대적인 방향(정상적으로 봤을 때)을 나타내는 것이다. 이러한 방향을 나타내는 용어는, 어떠한 형태로든 본 발명을 그 문자대로 한정하거나 제한하는 것으로 받아들여져서는 안 된다. In the present specification, terms indicating directions such as upper, lower, downward, upward, rearward, bottom, front, rear, etc. are used to describe the drawings, but these terms are used for convenience only, Time). Terms that express this direction should not be construed as limiting or limiting the invention in any way whatsoever.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 상대적인 중요도를 의미하는 것으로 고려되어서는 안 된다. Also, the terms "first", "second", "third", etc. used in this specification are for explanation purposes only and should not be construed to imply relative importance.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조로하여 자세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극 활물질 전사 장치(10)(이하 전사 장치라 칭함)의 사시도로서 전사장치(10)는 크게 기판(100)과 전사층(200)으로 이루어진다.FIG. 1 is a perspective view of a cathode active material transferring apparatus 10 (hereinafter referred to as transferring apparatus) according to a preferred embodiment of the present invention. The transferring
본 발명의 바람직한 실시예에서는 기판(100)을 스테인리스 재질로 이루어지는 원형판으로 예시한다.In the preferred embodiment of the present invention, the
그러나 상기 기판(100)은 양극 활물질 표면에 전사되는 전사층(200)을 형성하기 위한 베이스부로서 다양한 재질 및 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. However, the
즉, 사용자의 선택에 따라 양극 활물질 표면이 평면이 아닌 다른 형상을 가지는 경우 이에 맞추어 기판(100)의 형상을 구비하여 줌으로써 양극 활물질 표면 전체 형상에 맞게 전사층(200)을 형성하여 줄 수 있다.That is, when the surface of the cathode active material has a shape other than a plane according to the user's selection, the
본 발명에 따른 양극활물질 전사 방법은 이와 같이 기판(100)에 전사층(200)을 형성하여 주고 이를 양극 활물질 표면에 전사시키기 때문에 양극 활물질 전체 표면 형상에 맞추어 균일하게 전사층을 형성하여 줄 수 있다.
Since the
다음으로 전사층(200)은 양극 활물질 표면에 전사되는 층으로서 본 발명의 바람직한 실시예에서는 전사층(200)이 폴리머로 이루어지는 것으로 예시한다.Next, the
상기 폴리머는 리튬 황전지의 양극에서 발생하는 폴리설파이드를 차단할 수 있는 효과적인 물질이지만 기존에는 양극 활물질 표면에 균일하게 층을 생성하기 어려웠으나 본 발명에 따른 양극 활물질 전사 방법은 상기 폴리머를 양극 활물질 표면에 간단히 효과적으로 폴리설파이드 차단층으로 형성하여 줄 수 있다.
The polymer is an effective material capable of blocking polysulfide generated at the anode of a lithium sulfur battery, but conventionally it is difficult to uniformly form a layer on the surface of the cathode active material. However, in the method of transferring the cathode active material according to the present invention, It can be effectively formed into a polysulfide barrier layer.
상기 폴리머는 기판(100) 위에 다양한 방법으로 구비될 수 있는데 바람직하기로는 스핀(Spin)법을 이용하여 기판(100)위에 구비되는 것이 바람직하다.The polymer may be provided on the
상기 스핀법은 물질의 용액이나 액체 상태의 물질을 기질 위에 떨어뜨리고 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 하는 방법으로, 기질 위에 얇은 층을 형성할 수 있으며 회전 속도, 회전 시간 또는 물질의 농도에 따라 층의 두께를 조절할 수 있는 장점이 있다. The spin method is a method of dropping a solution or a liquid material on a substrate and spinning it at a high speed to form a thin layer on the substrate. The spinning method can form a thin layer on the substrate, Can be adjusted.
따라서 사용자는 기판(100)의 회전 속도, 회전 시간 또는 폴리머를 포함하는 물질의 농도를 제어하여 양극 활물질 표면에 생성되는 층의 두께를 조절할 수 있다.Accordingly, the user can adjust the thickness of the layer formed on the surface of the cathode active material by controlling the rotation speed, the rotation time, or the concentration of the material including the polymer.
이때 상기 기판(100)의 표면은 전사층(200)이 쉽게 기판(100)의 표면으로부터 분리될 수 있도록 표면처리 되는 것이 바람직하다.At this time, the surface of the
그리고 상기 폴리머로 이루어지는 전사층(200) 바람직하기로는 가열 및 상온에서 냉각과정을 거치는 것이 바람직하다.The
이는 이와 같은 가열 및 상온 냉각과정을 거치면 기판(100) 위의 폴리머 입자들이 교차결합(Crosslink) 되어 폴리설파이드의 차단을 보다 효과적으로 할 수 있기 때문이다.This is because the polymer particles on the
상기 전사층(200)의 가열은 170~190℃로 진행하는 것이 바람직하다.The heating of the
본 발명에 따른 양극 활물질 폴리머 전사 방법은 이와 같이 상기 폴리머 전사층(200)의 열처리 공정을 양극 활물질 표면에 생성되기 전에 진행하기 때문에 기존에 폴리머층이 양극 활물질 표면에 직접 코팅된 다음 열처리 공정을 진행하여 양극 활물질의 특성이 변화되었던 것을 방지할 수 있다.
Since the method of transferring the positive electrode active material polymer according to the present invention proceeds before the heat treatment process of the
이하에서는 이와 같은 양극 활물질 폴리머 전사 방법을 도 2를 참조로하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, the method of transferring the positive electrode active material polymer will be described with reference to FIG.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극 활물질 전사 코팅 방법을 나타낸 참조도로서 먼저 도시된 (a)와 같이 양극 활물질 폴리머 전사 방법은 먼저 기판(100) 표면에 스핀법을 이용하여 폴리머 전사층을 형성한다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of transferring a cathode active material according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 (a), a method of transferring a cathode active material polymer comprises: .
여기서 폴리머 입자(210)들은 폴리아닐린(Polyaniline: PANI)로서 가열 과정을 거치기 전이기 때문에 교차결합은 이루어지지 않은 상태이다.Here, the
이와 같이 기판(100)에 폴리머 전사층(200)이 생성되면 가열 과정을 거치며 가열 과정을 거치면 도2의 (b)에 도시된 바와 같이 폴리아닐린은 교차결합(330)되어 입자들간의 결합이 견고해지며 견고히 결합된 입자들은 폴리설파이드를 효과적으로 차단한다.When the
다음으로 가열 및 상온 냉각 과정을 거친 폴리머 전사층(200)은 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 양극활물질(300) 표면 위에 가압을 통해 전사된다.Next, the
그리고 폴리머 전사층(200)이 양극활물질(300) 표면위에 전사되면 도2의 에 도시된 바와 같이 기판(100)은 제거한다.When the
기판(100)이 제거되면 도2의 (e)에 도시한 바와 같이 양극활물질(300) 표면위에 전사로 생성된 폴리머층(200) 위에 리튬과 리튬 메탈을 구비하여 리튬 황 이차전지를 제작할 수 있다.2 (e), when the
본 발명에 따른 리튬 황 이차전지는 이와 같이 구성됨으로써 폴리설파이드(340)를 효과적으로 용해되는 것을 차단할 수 있다.
The lithium-sulfur secondary battery according to the present invention can prevent the
다음으로는 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양극 활물질 폴리머 전사 시스템에 대하여 설명하기로 한다.Next, a cathode active material polymer transfer system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
상기 양극 활물질 폴리머 전사 시스템은 기판(100), 폴리머 공급부(410), 폴리머 생성부(420), 가열부(430), 전사부(440) 및 제어부(450)를 포함한다.
The cathode active material polymer transfer system includes a
기판(100) 위에서 설명한 바와 동일하고 공급부(410)는 폴리머를 저장하고 폴리머를 폴리머 생성부(420)공급하기 위한 장치이다.The
그리고 폴리머 생성부(420)는 폴리머 공급부(410)로부터 폴리머를 공급받아 상기 기판 표면에 스핀법을 이용하여 폴리머층을 생성하는 장치이다.The
다음으로 가열부(430)는 상기 기판(100) 표면에 생성된 폴리머층 가열하는 장치이다.Next, the
그리고 전사부(440)는 기판(100) 표면에 생성 및 가열된 폴리머층을 양극 활물질 표면에 전사시키는 장치이다.The
그리고 제어부(450)는 폴리머 공급부(410), 폴리머 생성부(420), 가열부(430) 및 전사부(440)를 제어하여 양극활물질 표면에 생성되는 폴리머층의 두께등을 조절하는 장치이다.
The
본 발명에 따른 양극 활물질 전사 방법 및 장치에 따라 제조된 리튬 황 이차전지 양극은 도 4에 도시된 바와 같이 우수한 성능을 나타낸다. 도 4의 채워진 검은색 부분은 아무 처리를 하지 않은 전극의 용량을, 비워진 검은색 부분은 coulombic effeicency를 나타낸다. 이를 전도성 고분자 막을 printing 하여 만든 전극의 용량이 채워진 빨간색으로 표시한 부분이다. 그리고 비워진 빨간색으로 표시한 부분이 이것의 coulombic efficiency를 나타낸다. 전도성 고분자 막을 printing 한 후 용량 특성의 향상을 보였으며 coulombic efficiency 가 95 % 정도로 상승하였다. 이는 전도성 고분자 printing을 통해 폴리설파이드 용해 문제를 해결하였음을 나타낸다.The lithium sulfur secondary battery anode manufactured according to the method and apparatus for transferring a cathode active material according to the present invention exhibits excellent performance as shown in FIG. The filled black portion of FIG. 4 represents the capacitance of the untreated electrode and the vacated black portion represents coulombic efficacy. This is the portion of the electrode made by printing the conductive polymer membrane filled with red. And the portion marked red with empty indicates the coulombic efficiency of this. After the conductive polymer film was printed, the capacitance characteristics were improved and the coulombic efficiency was increased to 95%. This indicates that the polysulfide dissolution problem is solved through the conductive polymer printing.
또한, 본 발명에 따른 양극 활물질 전사 방법 및 장치는 이와 같이 간단히 전사방법을 이용함으로써 양극 활물질 표면에 도장을 찍어 내듯이 폴리머 전사층을 형성하여 줌으로써 대량 생산이 용이하고 제품의 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
In addition, the method and apparatus for transferring a cathode active material according to the present invention can form a polymer transfer layer as if a coating is formed on the surface of a cathode active material by using a transfer method as described above, thereby facilitating mass production and lowering the manufacturing cost .
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limitations of the following claims.
10: 전사장치 100: 기판 200: 전사층10: transfer device 100: substrate 200: transfer layer
Claims (9)
(B) 양극 활물질 표면에 상기 기판 표면에 생성된 전사 물질을 전사시키는 단계;를 포함하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.(A) generating a transfer material on a substrate surface;
(B) transferring the transferred substance generated on the surface of the positive electrode active material to the surface of the positive electrode active material.
상기 전사 물질은 폴리머(Polymer) 층인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transfer material is a polymer layer.
(A) 기판 표면에 전사 물질을 생성하는 단계 이후 생성된 전사물질을 가열 및 상온 냉각시켜 생성된 전사 물질 입자들을 교차결합(Crosslink) 시키는 단계를 더 포함하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.The method according to claim 1,
(A) further comprising the step of cross-linking the generated transfer material particles by heating and cooling the transferred material generated after the step of generating the transfer material on the substrate surface.
상기 양극 활물질은 황(Sulfur)인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material is sulfur.
상기 전사 물질은 스핀(Spin) 방법을 통하여 기판 표면에 생성되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the transfer material is generated on a surface of a substrate through a spinning process.
상기 기판의 표면은 전사 물질 생성전에 생성되는 전사물질과 기판 표면과의 점착력 제어를 위해 표면처리되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 폴리머 전사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the surface of the substrate is surface-treated to control the adhesion between the transfer material and the substrate surface before the transfer material is formed.
폴리머를 저장하고 공급하는 폴리머 공급부;
상기 폴리머 공급부로부터 폴리머를 공급받아 상기 기판 표면에 폴리머층을생성하는 폴리머 생성부;
상기 기판 표면에 생성된 폴리머를 가열하는 가열부;
상기 기판 표면에 생성 및 가열된 폴리머를 양극 활물질 표면에 전사시키는 전사부 및 상기 폴리머 공급부, 가열부, 전사부 및 폴리머 코팅부를 제어하는 제어부;를 포함하는 양극 활물질 폴리머 전사 시스템. Board;
A polymer supply unit for storing and supplying the polymer;
A polymer generating unit that receives a polymer from the polymer supplying unit and generates a polymer layer on a surface of the substrate;
A heating unit for heating the polymer generated on the surface of the substrate;
And a controller for controlling the polymer supplying unit, the heating unit, the transferring unit, and the polymer coating unit to transfer the polymer generated and heated onto the surface of the substrate to the surface of the cathode active material.
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KR20200000118A (en) * | 2018-06-22 | 2020-01-02 | 주식회사 엘지화학 | Method for Preparing Lithium Metal Electrode |
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2015
- 2015-01-16 KR KR1020150007937A patent/KR101715763B1/en active IP Right Grant
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