KR20170057439A - 이차 배터리 전극을 위한 고 고체 함유량 페이스트 제제 - Google Patents

이차 배터리 전극을 위한 고 고체 함유량 페이스트 제제 Download PDF

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KR20170057439A
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Abstract

이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트는: 음의 활성 재료 또는 양의 활성 재료; 결합제; 용제; 및 과분산제를 포함할 수 있고, 여기에서, 고 고체 함유량 페이스트는, 적어도, 고 고체 함유량 페이스트가 건조될 때까지, 고 고체 함유량 페이스트가, 코팅 후에, 증착된 형상을 유지하도록, 특정 코팅 툴 및 조성에 대해 선택된 특정한 점도를 갖고, 여기에서, 건조 코팅 두께는 5 미크론 내지 300 미크론의 범위에 있다. 음의 활성 재료를 갖는 고 고체 함유량 페이스트는 30,000 cP 내지 45,000 cP의 범위에서의 점도 및 1.40 g/cc 내지 1.43 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는다. 양의 활성 재료를 갖는 고 고체 함유량 페이스트는 25,479 cP 내지 47,184 cP의 범위에서의 점도 및 2.72 g/cc 내지 2.73 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는다.

Description

이차 배터리 전극을 위한 고 고체 함유량 페이스트 제제{HIGH SOLIDS CONTENT PASTE FORMULATIONS FOR SECONDARY BATTERY ELECTRODE}
관련 출원들의 상호-참조
[0001] 본원은 2014년 9월 26일자로 출원된 미국 가 출원 번호 제 62/056,353 호에 대해 우선권을 주장하고, 그러한 미국 가 출원은 본원에 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
분야
[0002] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 배터리들과 같은 전기화학 에너지 저장 디바이스들에 관한 것이고, 더 구체적으로, 그러나 배타적이지 않게, 이차 배터리 전극들을 위한 고 고체 함유량 페이스트 제제(high solids content paste formulation)들에 관한 것이다.
[0003] 종래의 배터리 전극들은, 예컨대, 슬롯-다이 툴을 사용하여 얇은 금속 포일 전류 콜렉터들 상에 코팅되는, 적합한 결합제 및 탄소 첨가제를 갖는 활성 재료들로 구성된 슬러리를 사용하여 제작된다. 전극들은 건조되고, 캘린더링되고(calendered), 와인딩된(wound) 또는 스태킹된(stacked) 셀들을 제조하기 위한 사이즈로 커팅된다. 코팅, 특히, 더 두꺼운 코팅들의 크래킹(cracking)을 피하기 위해, 코팅들은 매우 느리게 건조될 필요가 있다. 또한, 슬롯 다이 패턴 코팅 프로세스들은 코팅의 리드(lead) 및 엔드(end) 에지들에서 여분의(extra) 재료를 증착(deposit)하여, 코팅 균일성 문제들을 초래한다.
[0004] 명확하게, 비용 및 수율 관점에서, 코팅들의 더 빠른 건조, 그리고 또한, 개선된 코팅 균일성에 대한 필요성이 존재한다.
[0005] 몇몇 실시예들에 따르면, 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트는: 음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료; 결합제; 용제; 및 과분산제(hyperdispersant)를 포함할 수 있고, 여기에서, 고 고체 함유량 페이스트는, 적어도, 고 고체 함유량 페이스트가 건조될 때까지, 고 고체 함유량 페이스트가, 코팅 후에, 증착된 형상을 유지하도록, 특정 코팅 툴 및 조성에 대해 선택된 특정한 점도를 갖고, 여기에서, 건조 코팅 두께는 5 미크론 내지 300 미크론의 범위에 있다. 실시예들에서, 고 고체 함유량 페이스트는, 전기화학 에너지 저장 디바이스 제작을 위한 기판으로사 사용하기 위한, 양의 활성 재료를 포함하는 신터링된(sintered) 시트를 형성하기 위해 사용하도록 제제되고(formulated); 양의 활성 재료의 신터링된 시트는 3 미크론 내지 260 미크론의 범위에서의 두께, 몇몇 실시예들에서는 10 미크론 내지 60 미크론의 범위에서의 두께를 갖는다.
[0006] 몇몇 실시예들에 따르면, 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트를 조제(preparing)하는 방법은: 음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료를 제공하는 단계; 습윤화된 활성 재료를 형성하기 위해, 활성 재료를 습윤화시키는 단계; 용제 및 결합제를 제공하는 단계; 점성 결합제 혼합물을 형성하기 위해, 용제와 결합제를 조합하는 단계; 페이스트를 형성하기 위해, 점성 결합제 혼합물과 습윤화된 활성 재료를 저 전단 믹서(low shear mixer)에서 조합하는 단계; 과분산제를 제공하는 단계; 및 특정한 점도로 고 고체 함유량 페이스트를 형성하기 위해, 페이스트에 과분산제를 부가하는 단계를 포함할 수 있다.
[0007] 몇몇 실시예들에 따르면, 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트를 조제하는 방법은: 음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료를 제공하는 단계; 고체 혼합물을 형성하기 위해, 활성 재료를 고체 상 혼합하는 단계; 용제 및 결합제를 제공하는 단계; 페이스트를 형성하기 위해, 용제 및 결합제와 고체 혼합물을 조합하는 단계; 과분산제를 제공하는 단계; 및 특정한 점도로 고 고체 함유량 페이스트를 형성하기 위해, 페이스트에 과분산제를 부가하는 단계를 포함할 수 있다.
[0008] 본 개시내용의 이들 및 다른 양상들 및 특징들은, 첨부 도면들과 함께, 특정한 실시예들의 다음의 설명을 검토할 시에, 당업자에게 자명하게 될 것이다.
[0009] 도 1은 몇몇 실시예들에 따른 배터리의 개략적인 단면 표현이다.
[0010] 도 2는 몇몇 실시예들에 따른, 물-기반 음의 활성 재료-함유 고 고체 함유량 페이스트로부터 전극을 제조하기 위한 프로세스 흐름이다.
[0011] 도 3은 몇몇 실시예들에 따른, 유기 용제-기반 양의 활성 재료-함유 고 고체 함유량 페이스트로부터 전극을 제조하기 위한 프로세스 흐름이다.
[0012] 도 4는 몇몇 실시예들에 따른, 전기화학 에너지 저장 디바이스를 제조하기 위한 프로세스 흐름이다.
[0013] 도 5 및 도 6은, 각각, 몇몇 실시예들에 따라 제작된 전극을 포함하는 셀에 대한 충전 및 방전 커브들이다.
[0014] 도 7 및 도 8은, 각각, 제어 셀에 대한 충전 및 방전 커브들이다.
[0015] 도 9는 몇몇 실시예들에 따른, Li-이온 배터리를 형성하기 위한 장비의 개략적인 표현이다.
[0016] 도 10은 몇몇 실시예들에 따른, 패터닝되고 신터링된 LCO 시트의 광학 마이크로그래프이다.
[0017] 이제 본 개시내용의 실시예들이 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이고, 그러한 실시예들은 당업자로 하여금 본 개시내용을 실시할 수 있게 하기 위해 본 개시내용의 예시적인 예들로서 제공된다. 특히, 아래의 예들 및 도면들은 본 개시내용의 범위를 단일 실시예로 제한하도록 의도되지 않고, 설명되는 또는 예시되는 엘리먼트들 중 일부 또는 전부의 교환에 의해 다른 실시예들이 가능하게 된다. 더욱이, 본 개시내용의 특정한 엘리먼트들이 알려진 컴포넌트들을 사용하여 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있는 경우에, 본 개시내용의 이해를 위해 필요한 그러한 알려진 컴포넌트들의 부분들만이 설명될 것이고, 그러한 알려진 컴포넌트들의 다른 부분들의 상세한 설명들은 본 개시내용을 모호하게 하지 않도록 생략될 것이다. 본 명세서에서, 단수의 컴포넌트를 나타내는 실시예가 제한하는 것으로서 고려되지 않아야 하고; 그보다는, 본 개시내용은, 본원에서 명시적으로 다르게 언급되지 않는 한, 복수의 동일한 컴포넌트를 포함하는 다른 실시예들을 포함하도록 의도되고, 그 반대도 마찬가지이다. 더욱이, 출원인들은, 명시적으로 그와 같이 설명되지 않는 한, 본 명세서 또는 청구항들에서의 임의의 용어에 통상적이지 않은 또는 특수한 의미가 주어지도록 의도하지 않는다. 추가로, 본 개시내용은 예시에 의해 본원에서 참조되는 알려진 컴포넌트들에 대한 현재의 그리고 향후의 알려진 동등물들을 포함한다.
[0018] 본 개시내용은 이온성 전도성 매트릭스로서 작용하는 전해질 및 세퍼레이터에 의해 분리된 음의 전극 및 양의 전극을 포함할 수 있는 배터리와 같은 전기화학 에너지 저장 디바이스를 설명하고, 여기에서, 고 고체 함유량 페이스트는: 음의 전극; 양의 전극; 및/또는 전기화학 에너지 저장 디바이스가 위에 제작될 수 있는 신터링된 기판을 제조하기 위해 사용된다. 양의 전류 콜렉터(150), (결합제 및 카본 블랙을 갖거나 또는 갖지 않은) 활성 재료를 갖는 양의 전극, 및 액체/폴리머/겔/고체 전해질(140), 세라믹 Li-이온 전도성 막과 같은 고체 상태 전해질 세퍼레이터(130), 음의 전극(120), 및 음의 전류 콜렉터(110)를 갖는 에너지 저장 디바이스(100)의 예의 단면 표현이 도 1에서 도시된다. 도 1에서, 전류 콜렉터들이 스택을 넘어서 연장되는 것으로 도시되지만, 전류 콜렉터들이 스택을 넘어서 연장될 필요는 없다는 것을 유의한다. 스택을 넘어서 연장되는 부분들은 셀에 대한 전기 연결을 만들기 위한 탭(tab)들로서 사용될 수 있다.
[0019] 음의 활성 재료들이 음의 전극들을 형성하기 위해 페이스트들 내로 혼입되고, 양의 활성 재료들이 양의 전극들을 형성하기 위해 페이스트들 내로 혼입된다.
[0020] 음의 활성 재료는 낮은 전압에서 알칼리 금속/이온들과 "반응"하거나 또는 "인터칼레이팅(intercalate)"하는 재료이다. 예컨대, 알칼리 금속이 리튬인 경우에, 흑연 내로의 Li 이온 인터칼레이션(intercalation)이 Li/Li+ 전위에 대하여 평균 0.2 V에서 이루어진다. 실리콘 및 주석은, 각각, 평균 0.4 V 및 0.6 V에서 Li와 "합금"되는 음의 활성 재료들의 예들이다. 다른 실례는 Li/Li+에 대하여 평균 1.5 V를 갖는 Li4Ti5O12 스피넬이다.
[0021] 양의 활성 재료는 높은 전압에서 알칼리 금속/이온들과 "반응(종종, 전환 반응(conversion reaction)이라고 호칭됨)"하거나 또는 "인터칼레이팅"하는 재료이다. 예컨대, 알칼리 금속이 리튬인 경우에, LiCoO2로부터의 Li-이온 디-인터칼레이션(de-intercalation)은 대략 4 V에서 발생되고, LiFePO4로부터의 Li-이온 디-인터칼레이션은 3.4 V에서 발생되고, 기타 등등이다. 추가적인 리튬-기반 재료들의 예들은 층상 산화물들, 예컨대, Co 도핑된 LiNiO2, 니켈 도핑된 LiMn2O4, Li2FeSiO4, LiMO2(M = Li, Mn, Co, Ni의 혼합물), LiM2O4(M = Ni, Mn) 등을 포함한다. 다른 예들은 Li를 "인터칼레이팅"하거나 또는 Li와의 전환 반응을 겪는 MnO2, V2O5, S, BiF3 등과 같은 재료들을 포함한다.
[0022] 음 및 양의 전극들을 형성하기 위해 사용되는 고 고체 함유량 페이스트는 음/양의 활성 재료, 결합제, 용제, 및 과분산제를 포함할 수 있고, 실시예들에서, 전기 전도도를 개선하기 위해 탄소를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전극을 제조하는 방법은 스크린 프린팅과 같은, 깨끗한(clean) 에지들을 갖는 균일한 코팅들을 나타내는 패터닝 프로세스에 의해 이루어질 수 있고, 여기에서, 코팅은 코팅 품질을 손상시키지 않으면서 신속하게 건조될 수 있다(이는 더 낮은 용제 함유량으로 인해, 그리고 또한, 슬러리보다 더 높은 온도에서 건조되는 것으로 인해, 슬러리보다 더 빠르게 건조되고 ― 슬러리와 비교하여 페이스트의 더 낮은 용제 함유량으로 인해 매크로-크래킹(macro-cracking)이 그렇게 일반적이지 않기 때문에, 후자가 가능하다). 실시예들에서의 전극 코팅(건조)은 두께가 5 미크론 내지 300 미크론의 범위에 있고, 추가적인 실시예들에서, 두께가 10 미크론 내지 75 미크론의 범위에 있다. 게다가, 페이스트의 점도는, 증착된 페이스트가 적어도 건조 프로세스를 통해 증착 직후의 그러한 증착된 페이스트의 형상을 유지하기에 충분하도록 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 고 고체 함유량 페이스트는 30,000 cP 내지 45,000 cP의 범위에서의 점도 및 2.72 내지 2.73 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는 물-기반 흑연 페이스트일 수 있고, 추가적인 실시예들에서, 고 고체 함유량 페이스트는 25,479 cP 내지 47,184 cP의 범위에서의 점도 및 2.72 내지 2.73 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는 유기 용제 기반 리튬 코발트 산화물 페이스트일 수 있다. 고 고체 함유량 페이스트는 긴 보관 수명, 예컨대, 실시예들에서는 6 내지 9 개월의 보관 수명, 다른 실시예들에서는 9 내지 12 개월의 보관 수명, 및 추가적인 실시예들에서는 12 개월 초과의 보관 수명에 대해 제제될 수 있다. 여기에서, 보관 수명은 페이스트에서의 컴포넌트 부분들의 상당한 분리, 침강, 또는 응집이 존재하지 않는 시간이다.
[0023] 도 2 및 도 3은 실시예들에 따른, 고 고체 함유량 페이스트들의 조제 및 페이스트들로부터의 전극들의 형성을 위한 예시적인 프로세스 흐름들을 도시한다. 도 2 및 도 3에서 도시된 예들이, 각각, 음 및 양의 전극들을 형성하기 위한 음의 활성 재료 및 양의 활성 재료를 갖는 페이스트들에 대해 특정적이지만, 이러한 흐름들은 더 일반적으로 음 및 양의 활성 재료들 양자 모두에 대해, 그리고 적절한 용제들(물 및/또는 유기 용제들), 결합제들, 분산제들 등을 사용하여 사용될 수 있다.
[0024] 도 2에서, 음의 전극을 형성하는 프로세스는: 탄소(흑연) 고체들과 같은 음의 활성 재료를 습윤화시키는 것(210); 점성 결합제 혼합물을 형성하기 위해, 결합제가 용제(물)와 조합되는 것(220); 저 전단 믹서를 사용하여 페이스트를 형성하기 위해, 습윤화된 탄소가 결합제 혼합물과 조합되는 것(230); (코팅 툴에 의해 결정되는) 특정한 점도를 갖는 페이스트를 제공하기 위해, 과분산제가 부가되는 것(240); 및 기판 상에 음의 전극 층을 형성하기 위해, 기판이 페이스트로 코팅되고 건조되는 것(250)을 포함한다. 실시예들에서, 탄소 재료의 사전-습윤화가 필요하지 않을 수 있고, 모든 건조 고체들이 물과 조합 및 혼합될 수 있다는 것을 유의한다. 코팅은 스크린 프린팅에 의해 이루어질 수 있고, 건조는 오븐, 리니어 퍼니스(linear furnace), 또는 유사한 것에서 이루어질 수 있다.
[0025] 도 3에서, 양의 전극을 형성하기 위한 프로세스는: 고체 혼합물을 형성하기 위해, 탄소 재료(전기 전도도를 제공하기 위해 사용되지만 음의 활성 재료가 아님)와 LiCoO2와 같은 양의 활성 재료를 고체 상 혼합하는 것(310); 선택적으로, 용제(유기 용제)로 고체 혼합물을 습윤화시키는 것(320); 페이스트를 형성하기 위해, 용제 및 결합제 고체들과 (습윤화된) 고체 혼합물을 조합하는 것(330); (코팅 툴에 의해 결정되는) 특정한 점도를 갖는 페이스트를 제공하기 위해, 과분산제가 부가되는 것(340); 및 기판 상에 음의 전극 층을 형성하기 위해, 기판이 페이스트로 코팅되고 건조되는 것(350)을 포함한다. 실시예들에서, (습윤화된) 고체 혼합물과 조합하기 전에, 점성 결합제 혼합물을 형성하기 위해, 결합제 건조 고체들이 용제와 조합될 수 있다는 것을 유의한다. 코팅은 스크린 프린터에 의해 이루어질 수 있고, 건조는 오븐, 리니어 퍼니스, 또는 유사한 것에서 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 탄소 재료가 페이스트에 포함되지 않고 ― 아래에서 설명되는 바와 같이, 신터링된 층의 전기 전도도가 증가될 필요가 있는 경우에, 점화(firing) 후에, 신터링된 층에 재료가 부가될 수 있다는 것을 유의한다.
[0026] 게다가, 본 개시내용의 교시 및 원리들은 전기화학 에너지 저장 디바이스들을 위한 기판으로서 신터링된 그린 시트를 제조하는 프로세스에 대해 적용가능하다. 도 4는 고 고체 함유량 슬러리 기반 접근법을 사용하여 그린 테이프를 제조하고, 유기 재료들을 완전히 버닝 아웃(burning out)하여, 활성 재료의 신터링된 바디를 형성하기 위한 몇몇 실시예들에 따른 프로세스를 도시한다. 이러한 신터링된 그린 테이프는 최종 디바이스에서 활성 재료 볼륨 부분을 최대화하도록 다른 활성 및 비활성 셀 컴포넌트들을 증착하기 위한 기판으로서 사용될 수 있다. 도 4에서, 프로세스는: 500 nm 내지 15 μm의 범위에서의 입자 사이즈들, 및 실시예들에서는, 1 μm 내지 5 μm의 범위에서의 입자 사이즈들을 갖는 LiCoO2, 코발트 도핑된 LiNiO2, Ni 도핑된 LiMn2O4 등과 같은 양의 활성 재료 고체들이 물에서 습윤화되는 것(410); 점성 혼합물을 형성하기 위해, 아크릴계 물 기반 결합제 용액이 탈이온수, 소포제, 및 조건제(modifier)와 조합되는 것(410); 저 전단 믹서를 사용하여 페이스트를 형성하기 위해, 습윤화된 양의 활성 재료가 결합제 혼합물과 조합되는 것; (코팅 툴에 의해 결정되는) 특정한 점도를 갖는 페이스트를 제공하기 위해, 분산제가 부가되는 것(420); 및 기판 상에 양의 전극 층 그린 테이프를 형성하기 위해, 기판이 페이스트로 코팅되고 건조되는 것(420)을 포함한다. 양의 전극 그린 테이프는 또한, 페이스트 제제에서의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 비드들과 같은 세공 형성제들로 구성될 수 있다(415). 실시예들에서, 양의 활성 재료의 사전-습윤화가 필요하지 않을 수 있고, 모든 건조 고체들이 물과 조합 및 혼합될 수 있다는 것을 유의한다. 특정한 실시예들에서, 물과 혼합되는 경우에 안정성 문제들을 갖는 활성 재료들에 대해, 물 대신에, 알코올과 같은 비-수성이지만 극성인 용제들이 사용될 수 있다. 코팅은 슬롯-다이, 스크린 프린터에 의해 이루어질 수 있고, 유기물 번아웃은 대기압 및 공기 또는 산소 환경 하에서, 100 ℃ 내지 400 ℃의 온도 범위에서, 그리고 실시예들에서는, 250 ℃ 내지 350 ℃의 온도 범위에서, 오븐 또는 리니어 퍼니스에서 이루어질 수 있다. 유기물의 총 손실은 5 wt.% 내지 20 wt.%의 범위에 있을 수 있다.
[0027] 건조하기 전에, 그린 테이프는 펀칭될 수 있고, 수개의 시트들이 함께 적층되어(laminated), 원하는 디바이스 아키텍처를 형성할 수 있다. 세공들은 디바이스 통합을 보조하도록 엔지니어링될 수 있고, 일 실시예에서, 양의 활성 그린 테이프의 층은 컵 아키텍처(cup architecture) 내의 다공성 층으로 충진된 컵으로서 고밀도 그린 테이프 층 또는 세공 형성제를 갖는 그린 테이프의 층과 신터링될 수 있다(컵 아키텍처에서의 세공들이 액체 전해질로 충진될 수 있다). 적층은 3000 psi 내지 6000 psi의 압력으로 60 ℃ 내지 80 ℃에서 행해질 수 있다(430). 고밀도 신터링된 양의 활성 재료를 형성하기 위해, 결합제 및 세공 형성제가 번 아웃된다(440). 신터링 온도는 신터링 동안의 Li2O 손실을 제한하기 위해, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 범위에 있을 수 있고, 실시예들에서는 950 ℃ 내지 1150 ℃의 범위에 있을 수 있고; 게다가, 온도에서의 체류 시간(dwell time)은 1 초로부터 6 시간까지, 그리고 실시예들에서는 1 시간 미만으로 변화될 수 있다. 대안적으로, 그린 시트는 신터링된 시트를 얻기 위해, 유기물 번-아웃 후에, 아크 플라즈마 신터링될 수 있다. 두꺼운 LCO 펠릿(pellet)이 아크 플라즈마/아크 신터링에 의해 신터링될 수 있고, 그 후에, 얇은 시트들로 슬라이스될 수 있다. 활성 재료 미결정(crystallite)들은 적합한 자기장 또는 제어되는 결정 성장에 의해 신터링 동안에 배향될 수 있다. 신터링된 시트는 스루/블라인드 홀들, 트렌치들, 및 패턴들을 형성하기 위해 마이크로머시닝될 수 있다(445). 신터링된 시트의 표면은 잔해를 제거하고 우수한 표면 평활도를 달성하기 위해 폴리싱될 수 있다(445). 예컨대, 홀들의 열들을 연결시키는 시트의 표면 상의 트렌치들을 가지면서 300 미크론만큼 이격된 100 미크론 직경의 블라인드 테이퍼링된 홀들(시트에 걸쳐 약 80 %)의 규칙적인 어레이를 형성하기 위해, 180 미크론 두께의 신터링된 LCO 시트가 마이크로머시닝되었고, 트렌치들은 깊이가 약 2 미크론이고, 넓이가 50 미크론이고, 트렌치들은 평행하게 형성된다. (세공들을 갖는) 신터링된 시트의 상단 표면이 재료의 다른 층에 의해 덮이는 실시예들에서, 트렌치들은, 예컨대, 전기화학 에너지 저장 디바이스를 형성하기 위해, 프로세스의 말에, 액체 또는 폴리머/겔 전해질로 세공들을 충진할 수 있게 하기 위한 세공들에 대한 연결을 제공한다. 그러한 마이크로머시닝된 시트의 부분의 확대도를 도시하는 도 10을 참조한다.
[0028] 신터링된 시트는 (신터링된 시트의 다공성 표면 상에 증착되는) 전해질, (신터링된 시트의 비-다공성 표면 상의) 음의 전극 층(예컨대, Li 또는 다른 알칼리 금속), 및 양 및 음의 전극들을 위한 전류 콜렉터들과 같은 다른 활성 또는 비활성 셀의 증착을 위한 기판으로서 사용될 수 있다(450). 전기화학 에너지 저장 디바이스는, 필요한 경우에, 세공/양의 전극 내로 액체 또는 폴리머 겔 전해질들을 주입하고, 파우치 또는 캔에 디바이스를 밀봉시킴으로써 완성될 수 있다(460). 신터링된 시트에 대해, 개선된 전기 전도도가 요구되는 경우에, 신터링된 시트 내로 전기 전도성 재료가 혼입될 수 있다는 것을 유의한다.
[0029] 예들
[0030] 본원의 아래에서 설명되는 예들은 상이한 페이스트 조성들을 예시한다. 그러나, 본 실시예들이 다수의 타입들의 조성들로 실시될 수 있고, 본 개시내용에 따라 다수의 상이한 사용들을 가질 수 있다는 것이 명백할 것이다.
[0031] 예 1
[0032] 실시예들에서, 탄소(흑연)를 포함하는 물-기반 고 고체 페이스트의 예는 위에서 설명된 도 2의 프로세스 흐름을 사용하여 조제될 수 있다. 특정한 조성 및 물리적인 특성들이 표 1에서 제공된다. 천연 흑연(에너지 그레이드 재료)이 탄소(흑연) 함유 재료의 특정한 예이다. 카르복실-메틸-셀룰로스(CMC) MW 90,000이 결합제 재료의 특정한 예이다. Solsperse® 27000이 페이스트의 점도를 미세 튜닝하기 위해 사용되는 과분산제의 예이다.
[0033] 표 1. CMC 결합제 및 흑연을 포함하는 물-기반 고 고체 페이스트
파라미터들 예 1
점도a 40,971 cP
제제 천연 흑연 51.3 wt.%
증류수 40.81 wt.%
CMC 1.89 wt.%
Solsperse® 27000 6.0 wt.%
밀도b 1.40 g/cm3
a 25 ℃에서의 10 s-1에서의 브룩필드 다이얼 리딩 점도계(Brookfield Dial Reading Viscometer) 모델 HBT, 스핀들 CPE-52
b 20 ℃에서의 잉크/페이스트 밀도 컵
[0034] 예 2
[0035] 실시예들에서, 탄소(흑연)를 포함하는 물-기반 고 고체 페이스트의 추가적인 예가 위에서 설명된 도 2의 프로세스 흐름을 사용하여 조제될 수 있다. 특정한 조성 및 물리적인 특성들이 표 2에서 제공된다. 천연 흑연(에너지 그레이드 재료)이 탄소(흑연) 함유 재료의 특정한 예이다. 히드록시-에틸-셀룰로스가 결합제 재료의 특정한 예이다. Solsperse® 27000이 페이스트의 점도를 미세 튜닝하기 위해 사용되는 과분산제의 예이다.
[0036] 표 2. 히드록실-에틸-셀룰로스 결합제 및 흑연을 포함하는 고 고체 페이스트
파라미터들 예 2
점도a 13,762 cP
제제 천연 흑연 50.5 wt.%
증류수 44.5 wt.%
히드록시-에틸-셀룰로스 1.9 wt.%
Solsperse® 27000 2.9 wt.%
밀도b 1.43 g/cm3
a 25 ℃에서의 10 s-1에서의 브룩필드 다이얼 리딩 점도계 모델 HBT, 스핀들 CPE-52
b 20 ℃에서의 잉크/페이스트 밀도 컵
[0037] 예 3
[0038] 실시예들에서, 탄소(흑연)를 포함하는 물-기반 고 고체 페이스트의 또한 추가적인 예가 위에서 설명된 도 2의 프로세스 흐름을 사용하여 조제될 수 있다. 특정한 조성 및 물리적인 특성들이 표 3에서 제공된다. 천연 흑연(에너지 그레이드 재료)이 탄소(흑연) 함유 재료의 특정한 예이다. 히드록시-에틸-셀룰로스, CMC(MW 90,000), 및 폴리-메틸-메타크릴레이트/폴리-에틸-메타크릴레이트가 결합제 재료들의 특정한 예들이다. Solsperse® 27000, Lubrizol Ltd.로부터 입수가능한 폴리머릭 분산제가 페이스트의 점도를 미세 튜닝하기 위해 사용되는 과분산제의 예이다.
[0039] 표 3. 흑연, 및 CMC, 히드록실-에틸-셀룰로스 및 PMMA/PEMA 결합제들을 포함하는 물-기반 고 고체 페이스트
파라미터들 예 3
점도a 34,444 cP
제제 천연 흑연 61.1 wt.%
증류수 27.2 wt.%
CMC 1.6 wt.%
히드록시-에틸-셀룰로스 1.8 wt.%
PMMA/PEMA 2.3 wt.%
Solsperse® 27000 6.0 wt.%
밀도b 1.37 g/cm3
a 25 ℃에서의 10 s-1에서의 브룩필드 다이얼 리딩 점도계 모델 HBT, 스핀들 CPE-52
b 20 ℃에서의 잉크/페이스트 밀도 컵
[0040] 예 4
[0041] 실시예들에서, LiCoO2를 포함하는 유기 용제-기반 고 고체 페이스트의 예가 위에서 설명된 도 3의 프로세스 흐름을 사용하여 조제될 수 있다. 특정한 조성 및 물리적인 특성들이 표 4에서 제공된다. 폴리비닐리덴 플루오르화물(PVDF) Kynar® 761이 결합제 재료의 예이다. TIMCAL Graphite & Carbon Ltd.로부터 입수가능한 Super P®이 전도성 카본 블랙 함유 재료의 예이다. Solsperse® 20000, Lubrizol Ltd.로부터 입수가능한 폴리머릭 분산제가 페이스트의 점도를 미세 튜닝하기 위해 사용되는 과분산제의 예이다.
[0042] 표 4. LiCoO2 및 카본 블랙을 포함하는 유기 용제 기반 고 고체 페이스트의 제 1 예
파라미터들 예 4
점도a 47,184 cP
제제 LiCoO2(에너지 그레이드 재료) 79.51 wt.%
PVDF 0.82 wt.%
Super P® 0.42 wt.%
1-메틸-2-피롤리돈 7.18 %
Solsperse® 20000 12.06 wt.%
밀도b 2.73 g/cm3
a 25 ℃에서의 10 s-1에서의 브룩필드 다이얼 리딩 점도계 모델 HBT, 스핀들 CPE-52
b 20 ℃에서의 잉크/페이스트 밀도 컵
[0043] 예 5
[0044] 실시예들에서, LiCoO2를 포함하는 유기 용제-기반 고 고체 페이스트의 추가적인 예가 위에서 설명된 도 3의 프로세스 흐름을 사용하여 조제될 수 있다. 특정한 조성 및 물리적인 특성들이 표 5에서 제공된다. 폴리비닐리덴 플루오르화물(PVDF), Kynar® 761이 결합제 재료의 예이다. TIMCAL Graphite & Carbon Ltd.로부터 입수가능한 Super P®이 전도성 카본 블랙 함유 재료의 예이다. Solsperse® 20000, Lubrizol Ltd.로부터 입수가능한 폴리머릭 분산제가 페이스트의 점도를 미세 튜닝하기 위해 사용되는 과분산제의 예이다.
[0045] LiCoO2 및 카본 블랙을 포함하는 유기 용제 기반 고 고체 페이스트의 제 2 예
파라미터들 예 5
점도a 25,479 cP
제제 LiCoO2(에너지 그레이드 재료) 79.56 wt.%
PVDF 0.82 wt.%
Super P® 0.37 wt.%
1-메틸-2-피롤리돈 7.17 %
Solsperse® 20000 12.07 wt.%
밀도b 2.72 g/cm3
a 25 ℃에서의 10 s-1에서의 브룩필드 다이얼 리딩 점도계 모델 HBT, 스핀들 CPE-52
b 20 ℃에서의 잉크/페이스트 밀도 컵
[0046] 고 고체 함유량 페이스트들의 특성화
[0047] 예들 1 내지 5로부터의 고 고체 페이스트들 중에서, 예들 1, 3, 4, 및 5는, 페이스트들에서의 고체들의 임의의 유해한 분리/침강/응집 없이 실온에서, 수 주의 보관 수명, 그리고 가능하게는, 수 개월 ― 예컨대, 실시예들에서는 6 내지 9 개월, 그리고 추가적인 실시예들에서는 12 개월 초과 ― 의 보관 수명을 나타낼 것이라고 예상된다. 예 2는 단지 24 시간 후에 침강을 나타내었고, 따라서, 사용하기 직전의 조제를 요구할 것이다.
[0048] 예 3의 고 고체 제제는 구리 기판 상에 2 cm x 2 cm의 정사각형들을 포함하는 대략 100 미크론 두께의 흑연 전극을 스크린 프린팅하기 위해 사용되었다. 스크린 프린팅된 전극에 걸친 매스 로딩 테스트(mass loading test)는 본 개시내용에 따른 페이스트를 사용하여 우수한 스크린 프린팅 결과들을 나타내었고, 접착 테스트들(Instron® 전기기계 테스트 프레임에서의 대략 0.2 N/cm에서의 Scotch® 테이프 테스트 및 180 도 박리 테스트)은 흡족하게 강건한 전극을 나타내었다.
[0049] 예 3의 물-기반 흑연-함유 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅된 전극의 SEM 검사는 매크로-크래킹의 흔적을 나타내지 않았고; 건조된 전극은 두께가 대략 120 미크론이고, 130 ℃에서 건조되었다. 본원에서, 매크로-크래킹은 전극 층을 통해 상단으로부터 바닥까지 (대략 기판의 평면에 대해 수직으로) 이어지는 "머드-크랙(mud-crack)" 타입의 크랙들을 지칭한다. 매크로-크래킹의 존재가 기판에 대한 전극 막의 불량한 접착을 초래할 것으로 예상될 것이라는 것을 유의한다.
[0050] 도 5 및 도 6은, 각각, 예 3의 물-기반 흑연-함유 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅된 전극을 포함하는 배터리 셀에 대한 충전 및 방전 커브들이다. 이러한 셀에 대한 초기 사이클 손실(ICL)이 아래의 표 6에서 제공된다. 이러한 데이터는 유리하게, 예 3에서 사용되는 동일한 탄소 고체들을 함유하는 상업적으로 입수가능한 슬러리로 슬롯 다이 프로세스를 사용하여 제작된 전극을 포함하는 배터리 셀에 대한 충전 및 방전 커브들과 각각 비교된다 ― 도 7 및 도 8 참조. 이러한 제어 셀에 대한 초기 사이클 손실(ICL)이 아래의 표 7에서 제공된다.
[0051] 표 6. 예 3의 물-기반 흑연-함유 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅된 전극을 포함하는 배터리 셀에 대한 ICL 데이터
사이클 충전
mAh/cm2 		방전
mAh/cm2
1 3.6 4.013
2 3.6 3.96
3 3.7 4.07
4 3.2 3.64
5 3.1 3.44
[0052] 표 7. 예 3에서 사용된 동일한 탄소 고체들을 함유하는 상업적으로 입수가능한 슬러리로 슬롯 다이 프로세스를 사용하여 제작된 전극을 포함하는 배터리 셀에 대한 ICL 데이터
사이클 충전
mAh/cm2 		방전
mAh/cm2
1 3.0 3.2
2 3.0 3.2
3 2.9 3.1
4 2.9 3.1
5 3.0 3.2
[0053] 도 9는 이차 배터리 전극을 제작하기 위한 프로세스 툴들(910 내지 960)의 예의 개략적인 표현을 도시한다. 페이스트 조제 장비(910)는 위에서 설명된 바와 같은 고 고체 함유량 페이스트를 제공하고, 장비는, 흑연-함유 제제들을 혼합하는 경우에는 저 전단 믹서들일 수 있는 세라믹 롤러 믹서들과 같은 믹서들을 포함할 수 있다. 코팅 툴(920)은, 예컨대, 스크린 프린터일 수 있고, 롤 투 롤 프로세스를 사용하여 고 고체 함유량 페이스트로 알루미늄 막과 같은 전류 콜렉터를 코팅하도록 구성될 수 있고; 대안적으로, 별개의 큰 기판들이 코팅될 수 있다. 코팅 후에, 전극들은 건조 오븐(930), 커팅 툴(940), 및 캘린더링 툴(950)을 통해 통과되고, 그 후에, 어셈블리 툴(960)을 사용하여, 완전한 전하 저장 디바이스들을 형성하기 위해, 완성된 전극들은 제 2 전극들, 전해질들 등과 어셈블링된다. 이러한 툴들은 인-라인 프로세싱을 위해 구성될 수 있다.
[0054] 본 개시내용의 실시예들이 특히, LiCoO2 또는 탄소(흑연)를 포함하는 고 고체 함유량 페이스트들을 참조하여 설명되었지만, 구체적으로, 본원에서 열거된 것들을 포함하는 양의 활성 재료들 및 음의 활성 재료들과 같은 다른 재료들이 LiCoO2 및 탄소(흑연) 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수 있다.
[0055] 본 개시내용의 실시예들이 특히, 본 개시내용의 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 형태 및 세부사항들에서의 변화들 및 변형들이 본 개시내용의 사싱 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 자명해야 한다.

Claims (15)

  1. 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트(paste)로서,
    음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료;
    결합제;
    용제; 및
    과분산제(hyperdispersant)
    를 포함하며,
    상기 고 고체 함유량 페이스트는, 적어도, 상기 고 고체 함유량 페이스트가 건조될 때까지, 상기 고 고체 함유량 페이스트가, 코팅 후에, 증착된(deposited) 형상을 유지하도록, 특정 코팅 툴 및 조성에 대해 선택된 특정한 점도를 갖고, 건조 코팅 두께는 5 미크론 내지 300 미크론의 범위에 있는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 재료는 흑연 입자들을 포함하는 음의 활성 재료인,
    고 고체 함유량 페이스트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합제는 카르복실-메틸-셀룰로스, 히드록시-에틸-셀룰로스, 폴리-메틸-메타크릴레이트, 및 폴리-에틸-메타크릴레이트 중 적어도 하나를 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 용제는 물을 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고 고체 함유량 페이스트는 30,000 cP 내지 45,000 cP의 범위에서의 점도 및 1.40 g/cc 내지 1.43 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 재료는 양의 활성 재료인,
    고 고체 함유량 페이스트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고 고체 함유량 페이스트는 전기화학 에너지 저장 디바이스 제작을 위한 기판으로서 사용하기 위한, 양의 활성 재료를 포함하는 신터링된(sintered) 시트를 형성하기 위해 사용하도록 제제되는(formulated),
    고 고체 함유량 페이스트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양의 활성 재료의 신터링된 시트는 3 미크론 내지 260 미크론의 범위에서의 두께를 갖는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 양의 활성 재료의 신터링된 시트는 10 미크론 내지 60 미크론의 범위에서의 두께를 갖는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 용제는 유기 용제를 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 고 고체 함유량 페이스트는 25,479 cP 내지 47,184 cP의 범위에서의 점도 및 2.72 g/cc 내지 2.73 g/cc의 대응하는 밀도를 갖는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  12. 제 6 항에 있어서,
    탄소 고체들을 더 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트.
  13. 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트를 조제(preparing)하는 방법으로서,
    음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료를 제공하는 단계;
    습윤화된 활성 재료를 형성하기 위해, 상기 활성 재료를 습윤화시키는 단계;
    결합제 및 용제를 제공하는 단계;
    점성 결합제 혼합물을 형성하기 위해, 상기 용제와 상기 결합제를 조합하는 단계;
    페이스트를 형성하기 위해, 상기 점성 결합제 혼합물과 상기 습윤화된 활성 재료를 저 전단 믹서(low shear mixer)에서 조합하는 단계
    과분산제를 제공하는 단계; 및
    특정한 점도로 상기 고 고체 함유량 페이스트를 형성하기 위해, 상기 페이스트에 상기 과분산제를 부가하는 단계
    를 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트를 조제하는 방법.
  14. 이차 배터리 전극들의 제작을 위한 고 고체 함유량 페이스트를 조제하는 방법으로서,
    음의 활성 재료 및 양의 활성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 활성 재료를 제공하는 단계;
    고체 혼합물을 형성하기 위해, 상기 활성 재료를 고체 상 혼합하는 단계;
    용제 및 결합제를 제공하는 단계;
    페이스트를 형성하기 위해, 상기 용제 및 상기 결합제와 상기 고체 혼합물을 조합하는 단계;
    과분산제를 제공하는 단계; 및
    특정한 점도로 상기 고 고체 함유량 페이스트를 형성하기 위해, 상기 페이스트에 상기 과분산제를 부가하는 단계
    를 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트를 조제하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    탄소 고체들을 제공하고, 상기 고체 혼합물을 형성하기 위해, 상기 활성 재료와 상기 탄소 고체들을 고체 상 혼합하는 단계를 더 포함하는,
    고 고체 함유량 페이스트를 조제하는 방법.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11888149B2 (en) 2013-03-21 2024-01-30 University Of Maryland Solid state battery system usable at high temperatures and methods of use and manufacture thereof
US10549650B2 (en) 2014-04-08 2020-02-04 StoreDot Ltd. Internally adjustable modular single battery systems for power systems
US10110036B2 (en) 2016-12-15 2018-10-23 StoreDot Ltd. Supercapacitor-emulating fast-charging batteries and devices
US10096859B2 (en) 2016-04-07 2018-10-09 StoreDot Ltd. Electrolytes with ionic liquid additives for lithium ion batteries
US10367191B2 (en) 2016-04-07 2019-07-30 StoreDot Ltd. Tin silicon anode active material
US10680289B2 (en) 2016-04-07 2020-06-09 StoreDot Ltd. Buffering zone for preventing lithium metallization on the anode of lithium ion batteries
US10454101B2 (en) 2017-01-25 2019-10-22 StoreDot Ltd. Composite anode material made of core-shell particles
US10367192B2 (en) 2016-04-07 2019-07-30 StoreDot Ltd. Aluminum anode active material
US10355271B2 (en) 2016-04-07 2019-07-16 StoreDot Ltd. Lithium borates and phosphates coatings
US10916811B2 (en) * 2016-04-07 2021-02-09 StoreDot Ltd. Semi-solid electrolytes with flexible particle coatings
US10199677B2 (en) 2016-04-07 2019-02-05 StoreDot Ltd. Electrolytes for lithium ion batteries
US10818919B2 (en) 2016-04-07 2020-10-27 StoreDot Ltd. Polymer coatings and anode material pre-lithiation
US11205796B2 (en) 2016-04-07 2021-12-21 StoreDot Ltd. Electrolyte additives in lithium-ion batteries
US20200321604A1 (en) * 2017-11-01 2020-10-08 University Of Virginia Patent Foundation Sintered electrode cells for high energy density batteries and related methods thereof
EP3752308A4 (en) 2018-02-15 2021-11-17 University of Maryland, College Park ORDERLY, POROUS SOLID ELECTROLYTE STRUCTURES, ELECTROCHEMICAL DEVICES THEREFORE, METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF
US11569499B2 (en) 2019-01-23 2023-01-31 StoreDot Ltd. Aerogel-based electrodes
US10581065B1 (en) 2019-01-28 2020-03-03 StoreDot Ltd. Production of metalloid-based anodes for lithium ion batteries using dry etching
US11569527B2 (en) 2019-03-26 2023-01-31 University Of Maryland, College Park Lithium battery
US11831012B2 (en) 2019-04-25 2023-11-28 StoreDot Ltd. Passivated silicon-based anode material particles
EP3930037A3 (de) * 2020-06-26 2022-04-06 InvestHG UG (haftungsbeschränkt) Energiespeicher und verfahren zur herstellung eines energiespeichers
US11508956B2 (en) 2020-09-08 2022-11-22 Licap Technologies, Inc. Dry electrode manufacture with lubricated active material mixture
WO2023049507A2 (en) 2021-09-27 2023-03-30 Quantumscape Battery, Inc. Electrochemical stack and method of assembly thereof

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5856044A (en) 1997-05-02 1999-01-05 Mitsubishi Chemical Corporation High capacity electrode paste and process for fabrication
DE102005043542A1 (de) 2005-09-13 2007-03-15 Graphit Kropfmühl AG Stabile wässrige Graphitdispersion mit hohem Feststoffgehalt
KR101488850B1 (ko) * 2007-08-21 2015-02-02 에이일이삼 시스템즈 인코포레이티드 전기화학전지용 분리막 및 이의 제조방법
KR101345385B1 (ko) * 2007-12-18 2013-12-24 삼성전자주식회사 잉크젯 인쇄용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및이차전지
JP5369549B2 (ja) * 2008-09-03 2013-12-18 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 負極合材およびそれを用いたリチウム二次電池
JP5471591B2 (ja) * 2010-02-26 2014-04-16 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 電極用導電性組成物
FR2965107A1 (fr) * 2010-09-22 2012-03-23 Commissariat Energie Atomique Encre aqueuse pour l'impression d'electrodes pour batteries au lithium
WO2012133031A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 二次電池電極形成用水性組成物、二次電池用電極、及び二次電池
JP5252134B2 (ja) * 2011-03-31 2013-07-31 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 二次電池電極形成用水性組成物、二次電池用電極、及び二次電池
JP5764804B2 (ja) 2011-09-27 2015-08-19 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 リチウムイオン二次電池正極用合材ペースト
JP2013149416A (ja) 2012-01-18 2013-08-01 Tokushiki:Kk リチウムイオン二次電池の電極形成用の活物質分散液、電極およびリチウムイオン二次電池
WO2013150778A1 (ja) * 2012-04-03 2013-10-10 株式会社Ｇｓユアサ 電池用正極及び電池
US8753443B1 (en) 2013-01-02 2014-06-17 Jones-Blair Company Universal tint paste having high solids
CN103904303A (zh) * 2014-04-15 2014-07-02 浙江冠旗纳米科技有限公司 高容量长寿的纳米级磷酸铁锂电极片制备方法
DE102014217727A1 (de) * 2014-09-04 2016-03-10 Wacker Chemie Ag Polymerzusammensetzung als Bindersystem für Lithiumionenbatterien

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