KR20180037802A - Device for Preparing Electrode Comprising Electrode Active Material Particles Having Different Diameters Dependent on Distance from Current Collector and Method of Manufacturing Electrode Using The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집전체로부터의 거리에 따라 상이한 입경의 전극 활물질 입자를 포함하는 전극을 제조하는 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing an electrode including electrode active material particles having different particle sizes according to a distance from a current collector, and a method of manufacturing an electrode using the same.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.In recent years, the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for the future, as the increase in the price of energy sources due to depletion of fossil fuels and the interest in environmental pollution are amplified. Various researches on power generation technologies such as nuclear power, solar power, wind power, and tidal power have been continuing, and electric power storage devices for more efficient use of such generated energy have also been attracting much attention.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.Particularly, as technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries that can meet various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.The secondary battery includes a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch type battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.Also, the secondary battery is classified according to the structure of the electrode assembly having the positive electrode, the negative electrode, and the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. Typically, the long battery- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in a predetermined size unit are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, the jelly-roll type (wound type) electrode assembly having a structure in which a separator is interposed; In recent years, in order to solve the problems of the jelly-roll type electrode assembly and the stack type electrode assembly, an electrode assembly having an advanced structure, which is a combination of the jelly-roll type and the stack type, A stack / folding type electrode having a structure in which unit cells stacked with a separator interposed between an anode and a cathode are sequentially wound while being placed on a separation film Developed body lip.
일반적으로, 이러한 전극조립체는 긴 시트형의 전극용 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 도포하고, 건조함으로써, 전극 시트를 제작하고, 상기 전극 시트를 소망하는 크기 및 형상으로 절취하여, 분리막과 함께 적층 내지 권취함으로써 제작된다.Generally, such an electrode assembly is produced by applying an electrode mixture slurry on a current collector for a long sheet-like electrode, drying the electrode assembly slurry, drying the electrode sheet, cutting the electrode sheet into a desired size and shape, .
도 1에는 종래의 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.1 is a schematic view schematically showing the structure of a conventional electrode manufacturing apparatus.
도 1을 참조하면, 전극 제조 장치(100)는 전극 합제 슬러리를 코팅하는 슬롯 다이(110), 건조부(121, 122) 및 압연 롤러(130)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, the
집전체(140)는 긴 시트 형상으로서, 롤(141) 형태로 감겨 있으며, 대향측 방향으로 연속적 또는 비연속적으로 이송된다.The
슬롯 다이(110)는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이(110)의 두 쪽으로 나뉜 단부의 틈인 슬롯(111)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이(110) 자체가 움직이거나, 집전체(140)가 움직이면서 집전체(140) 상에 전극 합제 슬러리를 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이(110)를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체(140)에 전극 합제 슬러리를 도포하는 것 외에, 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.The
전극 합제 슬러리가 도포된 집전체(140)는 건조부(121, 122)로 이송(103)된다.The
건조부(121, 122)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리가 코팅된 집전체(140)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.The
압연 롤러(130)는 2개의 롤러(131, 132)로 구성되어 있으며, 2개의 롤러(131, 132)가 상호 반대 방향으로 회전(101, 102)하는 과정에서, 전극 합제 슬러리가 도포된 집전체(140)의 양면에 압력을 인가함으로써, 집전체(140)에 대한 전극 합제 슬러리의 결착력을 향상시키고, 상기 전극 합제 슬러리의 두께를 균일하게 형성한다.The
도 2에는 도 1의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.Fig. 2 is a schematic view schematically showing the rolling structure of the electrode mixture slurry by the rolling roller of Fig.
도 2를 참조하면, 집전체(140)의 상면에 도포되는 전극 합제 슬러리는 상이한 입경을 갖는 전극 활물질 입자들(211, 212)이 분산된 형태로 이루어져 있다.Referring to FIG. 2, the electrode mixture slurry applied on the top surface of the
이에 따라, 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 경우, 건조부에 의한 건조 과정에서, 집전체(140)의 상면에 도포된 전극 합제 슬러리에 분산된 전극 활물질 입자들(211, 212) 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(211)는 중력에 의해 집전체(140)에 인접한 부위에 위치하며, 이와 반대로 상대적으로 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(212)는 집전체(140)로부터 이격된 표면 부위에 위치하게 된다.Accordingly, in the case of manufacturing the electrode using the electrode manufacturing apparatus, in the electrode
따라서, 상기 전극 합제 슬러리에 의해 형성된 전극 합제층(210)에서, 집전체(140)에 인접한 부위에는 전극 활물질 입자(211)의 상대적으로 큰 입경으로 인해, 높은 공극률이 형성되는 반면에, 집전체(140)로부터 이격된 전극 합제층(210)의 표면 부위에는 전극 활물질 입자(212)의 상대적으로 작은 입경으로 인해, 낮은 공극률이 형성되며, 이로 인해 상기 전극 합제층(210)의 표면 부위에서는 전해액에 대한 함침성이 저하되는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, in the
또한, 집전체(140) 상에 도포된 전극 합제 슬러리는 큰 경도를 갖는 압연 롤러(131)에 의해 압연되며, 이에 따라, 상기 표면 부위의 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(212)는 압연 롤러(131)로부터 인가되는 압력에 의해, 입자가 깨지거나 변형됨에 따라, 재배열이 발생하며, 이로 인해, 상기 표면 부위에서의 공극률이 더욱 낮아져, 상기 전해액 함침성 저하 내지 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 더욱 악화시키는 결과를 초래한다.The electrode
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 집전체의 하면에 대해 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부를 포함하도록 구성함으로써, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러가 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위에 접한 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖도록 구성함으로써, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have configured to include an electrode material mixture coating portion for spraying an electrode mixture slurry upward by spraying on the lower surface of a collector as described later, The electrode active material particles having relatively large particle diameters are located on the surface portion separated from the current collector by the gravity in the course of drying the slurry for the electrolyte to improve the electrolyte impregnability at the surface portion, The first roller that applies pressure to the upper surface of the current collector in a state of being in contact with the upper surface of the current collector has a hardness that is relatively larger than that of the second roller which is in contact with the lower surface portion of the electrode mixture layer, It is possible to prevent the electrode mixture layer from being damaged when the roller directly contacting the electrode material mixture layer has a large hardness It is possible to effectively prevent the deterioration of the electrolyte impregnation property and the lowering of the mobility of the lithium ion which may occur on the surface of the electrode compound mixture layer. And the present invention has been accomplished.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 제조 장치는,According to an aspect of the present invention,
집전체 상에 입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제 층이 형성되어 있는 전극을 제조하는 장치로서,There is provided an apparatus for manufacturing an electrode in which an electrode mixture layer containing electrode active material particles having different particle diameters is formed on a current collector,
지면을 기준으로, 집전체의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 상기 집전체의 하면에 대해 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부;An electrode material mixture coating part for upward spraying an electrode mixture slurry containing electrode active material particles on the lower surface of the current collector so as to form an electrode mixture layer on the lower surface of the current collector on the basis of the ground;
상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조하는 건조부;A drying unit for drying the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture on the lower surface;
상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러; 및A first roller for applying pressure to an upper surface of the current collector in contact with the upper surface of the current collector; And
상기 제 1 롤러에 대향하여 전극 합제층의 하면 부위에 접한 상태로 제 1 롤러로부터 인가되는 압력을 지지하는 제 2 롤러;A second roller for supporting a pressure applied from the first roller in a state of being in contact with the lower surface of the electrode mixture layer facing the first roller;
를 포함하는 구조일 수 있다.. ≪ / RTI >
따라서, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, in the drying process of the slurry for electrode mixture, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter are located on the surface portion separated from the current collector by gravity, thereby improving the electrolyte impregnability at the surface portion, The mobility of lithium ions can be improved during charging and discharging, and breakage, shape change and rearrangement of electrode active material particles, which may occur when the roller directly contacting the electrode mix layer has a large hardness, can be effectively suppressed Thus, it is possible to effectively prevent the problem of deterioration of electrolyte impregnability and reduction of mobility of lithium ions that may occur on the surface of the electrode mixture layer.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 합제 코팅부는. 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 전극 합제용 슬러리를 집전체의 하면에 대해 상향 분사하는 구조일 수 있다.In one specific example, the electrode compound coating portion comprises: It may be a structure in which the electrode mixture slurry in which the electrode active material particles are mixed with the solvent is sprayed upward against the lower surface of the current collector.
즉, 상기 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 액상 또는 에어로졸 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사되는 구조일 수 있다.That is, the slurry for the electrode material mixture may be a structure in which electrode active material particles are injected upward in the form of a liquid or an aerosol mixed with a solvent to the lower surface of the current collector.
이때, 상기 전극 합제용 슬러리는, 슬러리의 전체 중량을 기준으로, 용매의 함량이 40 중량% 내지 80 중량%일 수 있다.At this time, the content of the solvent may be 40 wt% to 80 wt% based on the total weight of the slurry.
만일, 상기 전극 합제용 슬러리의 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나 지나치게 적을 경우에는, 상기 전극 합제용 슬러리의 점성이 지나치게 높아져, 집전체의 하면에 대한 분사가 용이하지 않을 수 있으며, 이와 반대로, 상기 전극 합제용 슬러리의 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나 지나치게 높을 경우에는, 상기 전극 합제용 슬러리의 점성이 지나치게 낮아져, 집전체의 하면에 대한 접착력이 약해지므로, 집전체의 하면에 대한 안정적인 접착 상태를 유지하지 못할 수 있다.If the content of the solvent in the slurry for the electrode material mixture is too small, the viscosity of the slurry for the electrode material mixture becomes excessively high and the spraying on the bottom surface of the current collector may not be easy. On the contrary, When the content of the solvent of the slurry for the electrode mixture is excessively higher than the above range, the viscosity of the slurry for electrode mixture becomes excessively low and the adhesion to the lower surface of the current collector becomes weak, You may not be able to keep it.
또한, 상기 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체는, 상기 건조부를 통한 건조 과정에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 전극 합제용 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 건조될 수 있다.It is preferable that the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture is such that the particles of the electrode active material having a relatively large particle size are distributed at a portion spaced from the current collector by gravity during the drying process through the drying portion, The slurry can be dried while being positioned on the bottom side with respect to the paper surface.
따라서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들은 상기 건조부를 통한 건조 과정에서, 별도의 처리 내지 공정 없이, 중력에 의해 보다 용이하게 집전체로부터 이격된 부위에 분포될 수 있으며, 이에 따라, 전극 합제층 표면에서의 전해액 함침성 및 리튬 이온의 이동성을 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, the electrode active material particles having a relatively large particle diameter can be more easily distributed by gravity to a portion spaced apart from the current collector, without any additional processing or processing, during the drying process through the drying portion, The impregnation of the electrolyte solution on the surface of the layer and the mobility of lithium ions can be further improved.
이러한 경우에, 상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성될 수 있다.In such a case, the electrode mix layer may be formed such that the average particle diameter of the electrode active material particles increases continuously or discontinuously as the distance from the current collector increases on a vertical section.
따라서, 상기 집전체로부터 거리가 먼 전극 합제층의 표면 부위에서는 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들에 의해 높은 공극률을 형성할 수 있어, 전해액 함침성 및 리튬 이온의 이동성을 보다 향상시킬 수 있다.Therefore, a high porosity can be formed by the electrode active material particles having a relatively large particle size at the surface portion of the electrode mixture layer, which is distant from the current collector, and the electrolyte impregnability and the lithium ion mobility can be further improved .
한편, 상기 제 1 롤러는 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖는 구조일 수 있다.On the other hand, the first roller may have a structure having a relatively large hardness as compared with the second roller.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 전극 활물질 입자들은 경도가 큰 롤러에 의해 압연되는 경우에, 깨지거나 변형됨으로써, 재배열이 발생하며, 이는 상기 전극 합제층 표면에서의 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하를 악화시키는 요인으로 작용할 수 있다.As described above, when the electrode active material particles are rolled by a roller having a large hardness, they are broken or deformed to cause rearrangement. This degrades the impregnation of the electrolyte solution on the surface of the electrode mixture layer and the deterioration of the mobility of lithium ions It can act as a factor to deteriorate.
이에 따라, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러 중에서, 집전체의 상면에 접하는 제 1 롤러는 전극 합제층의 하면에서, 상기 전극 합제층과 접하는 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖는 구조로 이루어짐으로써, 전극 합제층의 접착력을 향상시키고, 전극 합제층의 표면을 균일하게 형성하면서도, 상기 압연에 의한 문제점을 예방할 수 있다.Accordingly, among the first roller and the second roller, the first roller in contact with the upper surface of the collector has a structure having a relatively large hardness at the lower surface of the electrode mixture layer as compared with the second roller in contact with the electrode mixture layer , It is possible to improve the adhesive force of the electrode mixture layer and to form the surface of the electrode mixture layer uniformly while preventing the problems caused by the rolling.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 롤러는 수직 단면상 직경이 제 2 롤러에 비해 상대적으로 작은 구조일 수 있다.In one specific example, the first roller may have a structure in which the vertical section has a diameter smaller than that of the second roller.
이에 따라, 상기 제 1 롤러가 집전체의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하는 경우, 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위는 상대적으로 넓은 면적에서, 상기 압력을 지지하는 제 2 롤러와 접함으로써, 상기 전극 합제층을 구성하는 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력이 분산되어, 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력을 종래에 비해 크게 감소시킬 수 있다.Accordingly, when the first roller applies pressure in a state of being in contact with the upper surface of the current collector, the lower surface portion of the electrode mixture layer opposing the first roller contacts the second roller supporting the pressure in a relatively large area, The pressure applied to the electrode active material particles constituting the electrode mixture layer is dispersed and the pressure applied to the electrode active material particles can be greatly reduced as compared with the conventional electrode active material particles.
따라서, 상기 제 1 롤러에서 인가되는 압력에 의해 전극 합제층의 표면 부위에서, 전극 활물질 입자들이 깨지거나 변형됨으로써, 재배열되는 현상을 방지하고, 이에 따라 상기 전극 합제층의 표면에서 발생하는 공극의 저하로 인한 전해액 함침성의 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the electrode active material particles from being rearranged due to breakage or deformation of the electrode active material particles on the surface of the electrode mixture layer by the pressure applied by the first roller, It is possible to effectively prevent the problems such as deterioration of electrolyte impregnability due to deterioration and lowering of mobility of lithium ion.
또한, 본 발명은 상기 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 전극 제조 방법은, Further, the present invention provides a method of manufacturing an electrode using the above electrode manufacturing apparatus,
a) 지면을 기준으로 집전체의 하부에 위치한 전극 합제 코팅부로부터 상기 집전체의 하면에 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 과정;a) a step of spraying an electrode mixture slurry upward by spraying an electrode mixture slurry on a lower surface of the current collector from an electrode mixture coating portion located at a lower portion of the current collector with respect to the ground;
b) 상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조부에서 건조시키는 과정; 및b) drying the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture on the lower surface by a drying unit; And
c) 상기 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러 및 상기 제 1 롤러에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위를 지지하는 제 2 롤러를 회전시키면서, 상기 전극 합제층을 압연시켜, 전극을 제조하는 과정;c) rolling the electrode mixture layer while rotating a first roller for applying a pressure to the upper surface of the current collector and a second roller for supporting a lower surface portion of the electrode mixture layer facing the first roller, Process;
을 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >
즉, 본 발명에 따른 전극은 전극 합제층이 집전체의 양면에 동시에 형성되는 구조가 아닌, 일면 및 타면에 순차적으로 형성될 수 있다.That is, the electrode according to the present invention may be formed on one surface and the other surface sequentially, rather than a structure in which the electrode mixture layer is formed on both surfaces of the current collector at the same time.
이때, 상기 a) 과정에서 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 슬러리 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사될 수 있다.At this time, the slurry for the electrode material mixture in the step a) may be injected upward to the lower surface of the current collector in the form of a slurry in which the electrode active material particles are mixed with the solvent.
즉, 상기 전극 합제용 슬러리는 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 액상 또는 에어로졸 형태로 집전체의 하면에 대해 상향 분사되는 구조일 수 있다.That is, the slurry for the electrode material mixture may be a structure in which electrode active material particles are injected upward in the form of a liquid or an aerosol mixed with a solvent to the lower surface of the current collector.
이러한 경우에, 상기 전극 합제용 슬러리는 4 MPa 내지 20 MPa의 압력으로 분사될 수 있다.In this case, the slurry for the electrode material mixture may be sprayed at a pressure of 4 MPa to 20 MPa.
만일, 상기 전극 합제용 슬러리가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 낮은 압력으로 분사될 경우, 액상 또는 에어로졸 형태로 상향 분사되는 전극 합제용 슬러리가 집전체의 하면에 대해 안정적인 도포 상태를 유지하기 어려울 수 있고, 이와 반대로, 상기 전극 합제용 슬러리가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 높은 압력으로 분사될 경우, 상기 전극 합제층의 표면이 균일하게 형성되지 못하거나, 오히려 상기 전극 합제용 슬러리를 소망하는 두께로 도포하지 못할 수 있다.If the slurry for the electrode material mixture is injected at an excessively low pressure beyond the above range, it may be difficult to maintain a stable application state of the slurry for the electrode material mixture sprayed upward in liquid or aerosol form on the lower surface of the current collector, On the other hand, when the slurry for the electrode mixture is out of the range and is sprayed at an excessively high pressure, the surface of the electrode mixture layer may not be uniformly formed, or the slurry for the electrode mixture may not be applied in a desired thickness .
또한, 상기 b) 과정의 건조는 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 슬러리가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 수행될 수 있다.Also, drying in the step b) may be performed in a state where the coated slurry is positioned at the bottom of the ground so that the electrode active material particles having a relatively large particle size are distributed at a portion separated from the current collector by gravity.
따라서, 상기 집전체의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리의 전극 활물질 입자들 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들은, 상기 건조 과정에서 중력에 의해 자연스럽게 집전체로부터 이격된 부위인 전극 합제층의 표면 부위에 분포될 수 있으며, 상기 전극 활물질 입자들의 입경에 따른 특정한 분포 구조를 형성하기 위한 별도의 장치 내지 공정이 필요 없으므로, 상기 공정에 소요되는 비용을 절약할 수 있다.Therefore, among the electrode active material particles of the slurry for the electrode material mixture applied to the lower surface of the current collector, the electrode active material particles having a relatively large particle size are easily separated from the current collector by gravity in the drying process, And a separate apparatus or process for forming a specific distribution structure according to the particle diameters of the electrode active material particles is not necessary, so that the cost required for the process can be saved.
이때, 상기 b) 과정의 건조는 섭씨 40 도 내지 140 도의 온도 범위에서 30m/min 내지 50m/min의 건조 속도로 수행될 수 있다.At this time, drying in the step b) may be performed at a drying rate of 30 m / min to 50 m / min in a temperature range of 40 to 140 degrees Celsius.
만일, 상기 건조가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 낮은 온도에서 수행되거나, 지나치게 짧은 시간 동안 수행될 경우에는, 상기 집전체의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리가 충분히 건조될 수 없고, 지나치게 짧은 건조 시간으로 인해, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 부위에 충분히 분포되지 못할 수 있으며, 이와 반대로, 상기 건조가 상기 범위를 벗어나, 지나치게 높은 온도에서 수행되거나, 지나치게 긴 시간 동안 수행될 경우에는, 전극 합제층의 표면에 균열이 발생하거나, 전극 합제용 슬러리가 코팅된 집전체의 변형 및 손상이 발생할 수 있고, 지나치게 긴 건조 시간으로 인해, 집전체의 하면에 대한 전극 합제용 슬러리의 접착력이 오히려 저하될 수 있는 문제점이 있다.If the drying is carried out at an excessively low temperature beyond the above range or if the drying is carried out for an excessively short time, the slurry for the electrode material mixture applied on the lower surface of the current collector can not be sufficiently dried, The electrode active material particles having relatively large particle diameters may not be sufficiently distributed to the portion separated from the current collector by the gravity, and conversely, the drying may be performed at an excessively high temperature outside the range, Cracks may be generated on the surface of the electrode material mixture layer or deformation and damage of the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture may occur and the electrode mixture to the lower surface of the current collector may be damaged due to an excessively long drying time, There is a problem that the adhesive force of the slurry for use may be lowered.
한편, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력은 4 psi 내지 20 psi일 수 있다.Meanwhile, in step c), the pressure applied to the top surface of the current collector by the first roller may be 4 psi to 20 psi.
만일, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작을 경우에는, 상기 전극 합제층 표면의 균일화 내지 집전체의 하면에 대한 전극 합제층의 접착력 증가와 같은 압연에 의한 소망하는 효과를 충분히 발휘하지 못할 수 있다.If the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller exceeds the above range and is excessively small in the step c), the surface of the electrode compound mixture layer may be uniformed or the adhesion of the electrode mixture layer to the bottom surface of the current collector It may not be possible to sufficiently exhibit the desired effect by the rolling, such as the increase.
이와 반대로, 상기 c) 과정에서 제 1 롤러에 의해 집전체의 상면에 인가되는 압력이 상기 범위를 벗어나, 지나치게 클 경우에는, 오히려 종래의 전극과 마찬가지로, 전극 활물질 입자들이 깨지거나, 형상이 변형됨으로써, 재배열이 발생해, 전극 합제층 표면에서의 공극을 크게 형성할 수 없어, 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있다.On the contrary, if the pressure applied to the upper surface of the current collector by the first roller in the step c) is too large beyond the above range, the electrode active material particles may be broken or deformed as in the case of the conventional electrode , Rearrangement occurs, and voids on the surface of the electrode material mixture layer can not be formed so large that the desired effect may not be exhibited.
본 발명은 또한, 상기 전극 제조 장치 내지 전극 제조 방법을 사용해 제조된 전극을 제공하는 바, 상기 전극은, The present invention also provides an electrode manufactured using the electrode manufacturing apparatus or the electrode manufacturing method,
입경이 상이한 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제층; 및An electrode material mixture layer containing electrode active material particles having different particle diameters; And
일면 또는 양면에 상기 전극 합제층이 형성되어 있는 집전체;A current collector having the electrode mixture layer formed on one surface or both surfaces thereof;
를 포함하고 있고,And,
상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성되어 있는 구조일 수 있다.The electrode mix layer may have a structure in which the average particle diameter of the electrode active material particles is continuously or discontinuously increased as the distance from the current collector increases in a vertical section.
따라서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있다. Therefore, since the electrode active material particles having relatively large particle diameters are located on the surface portion separated from the current collector by gravity, the electrolyte impregnability at the surface portion can be improved and the lithium ion mobility can be improved during charging and discharging of the battery .
이때, 수직 단면상 상기 전극 합제층 두께의 50%인 부위를 기준으로, 집전체로부터 이격되어 있는 전극 합제층 부위의 공극률은 집전체에 인접해 있는 전극 합제층 부위의 공극률에 대해 101% 내지 250%일 수 있다.At this time, the porosity of the electrode mix layer spaced apart from the current collector is preferably 101% to 250% of the porosity of the electrode mix layer adjacent to the current collector, Lt; / RTI >
만일, 상기 집전체로부터 이격되어 있는 전극 합제층 부위의 공극률은 집전체에 인접해 있는 전극 합제층 부위의 공극률에 대해 상기 범위를 벗어나, 지나치게 작을 경우에는, 본 발명에 따른 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있고, 이와 반대로, 지나치게 클 경우에는, 상기 공극률의 과도한 차이로 인해, 상기 전극을 포함하는 전지의 성능이 오히려 저하될 수 있다.If the porosity of the electrode mix layer adjacent to the current collector is outside of the above range and is too small, the desired effect according to the present invention is not exerted On the contrary, if the electrode is excessively large, the performance of the battery including the electrode may be deteriorated due to an excessive difference in the porosity.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 제조 장치는, 집전체의 하면에 대해 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부를 포함하도록 구성함으로써, 상기 전극 합제용 슬러리의 건조 과정에서, 상대적으로 입경이 큰 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체로부터 이격된 표면 부위에 위치함으로써, 상기 표면 부위에서의 전해액 함침성을 향상시키는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있으며, 상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러가 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위에 접한 제 2 롤러에 비해 상대적으로 큰 경도를 갖도록 구성함으로써, 상기 전극 합제층에 직접 접하는 롤러가 큰 경도를 갖는 경우에 발생할 수 있는 전극 활물질 입자들의 깨짐, 형상 변경 및 이로 인한 재배열을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라, 상기 전극 합제층 표면에서 발생할 수 있는 전해액 함침성 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrode manufacturing apparatus according to the present invention includes the electrode mixture coating portion for spraying the electrode mixture slurry upward by spraying on the lower surface of the current collector, so that in the drying process of the slurry for electrode mixture, The electrode active material particles having relatively large particle diameters are located on the surface portion separated from the current collector by gravity to improve the electrolyte impregnation property at the surface portion and improve the mobility of lithium ions during charging and discharging of the battery And the first roller for applying pressure to the upper surface of the current collector in contact with the upper surface of the current collector has a relatively greater hardness than the second roller adjacent to the lower surface portion of the electrode mixture layer facing the electrode, Cracking of the electrode active material particles that may occur when the roller directly contacting the composite layer has a large hardness The shape change and the rearrangement thereof can be effectively suppressed. Thus, it is possible to effectively prevent problems such as lowering of electrolyte impregnation property and lowering of mobility of lithium ions that may occur on the surface of the electrode compound mixture layer.
도 1은 종래의 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a structure of a conventional electrode manufacturing apparatus;
Fig. 2 is a schematic view schematically showing a rolling structure of an electrode mixture slurry by the rolling roller of Fig. 1; Fig.
3 is a schematic view schematically showing a structure of an electrode manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention;
Fig. 4 is a schematic view schematically showing a rolling structure of an electrode mixture slurry by the rolling roller of Fig. 3; Fig.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic view schematically showing the structure of an electrode manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 전극 제조 장치(300)는 전극 합제용 슬러리(311)를 코팅하는 전극 합제 코팅부(310), 건조부(321, 322) 및 압연 롤러(330)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 3, the
집전체(340)는 긴 시트 형상으로서, 롤(341) 형태로 감겨 있으며, 대향측 방향으로 연속적 또는 비연속적으로 이송된다.The
전극 합제 코팅부(310)는 지면을 기준으로, 집전체(340)의 하면에 위치해 있으며, 집전체(340)의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 집전체(340)의 하면에 대해 전극 활물질 입자들이 용매에 혼합된 슬러리 형태의 전극 합제용 슬러리(311)를 상향 분사하여 도포한다.The electrode
따라서, 전극 합제용 슬러리(311)는 액상 또는 에어로졸 형태로 분사되어, 집전체(340)의 하면에 도포된다.Therefore, the slurry for
전극 합제용 슬러리(311)가 도포된 집전체(340)는 건조부(321, 322)로 이송(303)된다.The
건조부(321, 322)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제용 슬러리(311)가 코팅된 집전체(340)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.The drying
집전체(340)는 건조부(321, 322)에 의한 건조 과정에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자들이 중력에 의해 집전체(340)로부터 이격된 부위에 분포되도록, 코팅된 슬러리(311)가 지면을 기준으로 하면에 위치한 상태에서 수행된다.The
압연 롤러(330)는 집전체(340)의 상면 및 하면에 각각 위치한 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332)로 구성되어 있다.The rolling
2개의 롤러들(331, 332)은 상호 반대 방향으로 회전(301, 302)하는 과정에서, 제 1 롤러(331)가 집전체(340)의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하고, 제 2 롤러(332)가 전극 합제용 슬러리(311)가 도포된 집전체(340)의 하면에 접한 상태로 제 1 롤러(331)로부터 인가되는 압력을 지지함으로써, 집전체(340)에 대한 전극 합제용 슬러리(311)의 결착력을 향상시키고, 상기 전극 합제용 슬러리(311)의 두께 및 표면을 균일하게 형성한다.The two
제 1 롤러(331)는 수직 단면상 직경이 제 2 롤러(332)에 비해 상대적으로 작은 구조로 이루어져 있다.The
이에 따라, 제 1 롤러(331)가 집전체(340)의 상면에 접한 상태로 압력을 인가하는 경우, 이에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위는 상대적으로 넓은 면적에서, 상기 압력을 지지하는 제 2 롤러(332)와 접함으로써, 전극 합제층을 구성하는 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력이 분산되어, 전극 활물질 입자들에 인가되는 압력을 종래에 비해 크게 감소시킬 수 있다.Accordingly, when the
따라서, 제 1 롤러(331)에서 인가되는 압력에 의해 전극 합제층의 표면 부위에서, 전극 활물질 입자들이 깨지거나 변형됨으로써, 재배열되는 현상을 방지하고, 이에 따라 전극 합제층의 표면에서 발생하는 공극의 저하로 인한 전해액 함침성의 저하 및 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, the electrode active material layer is prevented from being rearranged due to breakage or deformation of the electrode active material particles on the surface of the electrode mix layer by the pressure applied by the
도 4에는 도 3의 압연 롤러에 의한 전극 합제 슬러리의 압연 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.Fig. 4 is a schematic view schematically showing the rolling structure of the electrode mixture slurry by the rolling roller of Fig.
도 4를 참조하면, 집전체(340)의 하면에 도포되는 전극 합제용 슬러리는 상이한 입경을 갖는 전극 활물질 입자들(411, 412)이 분산된 형태로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4, the slurry for the electrode material mixture applied on the lower surface of the
이에 따라, 전극 제조 장치를 사용해 전극을 제조하는 경우, 건조부에 의한 건조 과정에서, 집전체(340)의 하면에 도포된 전극 합제용 슬러리에 분산된 전극 활물질 입자들(411, 412) 중에서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(411)는 중력에 의해 집전체(340)로부터 이격된 표면 부위에 위치하며, 이와 반대로 상대적으로 작은 입경을 갖는 전극 활물질 입자(412)는 집전체(340)에 인접한 부위에 위치 하게 된다.Accordingly, when the electrode is manufactured using the electrode manufacturing apparatus, in the electrode
따라서, 상기 전극 합제용 슬러리에 의해 형성된 전극 합제층(410)에서, 집전체(340) 로부터 이격된 표면 부위에는 전극 활물질 입자(411)의 상대적으로 큰 입경으로 인해, 높은 공극률이 형성되며, 이로 인해 상기 전극 합제층(410)의 표면 부위에서의 전해액에 대한 함침성을 향상시킬 수 있는 동시에, 전지의 충방전시 리튬 이온의 이동성을 향상시킬 수 있다.Therefore, in the
또한, 집전체(340)의 상면은 수직 단면상 직경이 상대적으로 작은 제 1 롤러(331)에 의해 압연되고, 집전체(340)의 하면에 형성된 전극 합제층(410)의 표면은 수직 단면상 직경이 상대적으로 큰 제 2 롤러(332)에 의해 압연되며, 이에 따라, 상기 표면 부위의 전극 활물질 입자(411)는 제 2 롤러와 접하는 면적이 증가함으로써, 제 1 롤러(331)로부터 인가되는 압력을 분산시킬 수 있다.The upper surface of the
따라서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 전극 활물질 입자(411)가 깨지거나 변형되어 재배열이 발생함으로써, 전극 합제층(410) 표면 부위에서의 공극률 저하에 따른 전해액 함침성 저하 내지 리튬 이온의 이동성 저하와 같은 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.Therefore, the electrode
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
Claims (15)
지면을 기준으로, 집전체의 하면에 전극 합제층이 형성되도록, 상기 집전체의 하면에 대해 전극 활물질 입자들을 포함하는 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 전극 합제 코팅부;
상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조하는 건조부;
상기 집전체의 상면에 접한 상태로 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러; 및
상기 제 1 롤러에 대향하여 전극 합제층의 하면 부위에 접한 상태로 제 1 롤러로부터 인가되는 압력을 지지하는 제 2 롤러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.There is provided an apparatus for manufacturing an electrode in which an electrode mixture layer containing electrode active material particles having different particle diameters is formed on a current collector,
An electrode material mixture coating part for upward spraying an electrode mixture slurry containing electrode active material particles on the lower surface of the current collector so as to form an electrode mixture layer on the lower surface of the current collector on the basis of the ground;
A drying unit for drying the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture on the lower surface;
A first roller for applying pressure to an upper surface of the current collector in contact with the upper surface of the current collector; And
A second roller for supporting a pressure applied from the first roller in a state of being in contact with the lower surface of the electrode mixture layer facing the first roller;
Wherein the electrode assembly includes an electrode assembly.
a) 지면을 기준으로 집전체의 하부에 위치한 전극 합제 코팅부로부터 상기 집전체의 하면에 전극 합제용 슬러리를 상향 분사하여 도포하는 과정;
b) 상기 하면에 전극 합제용 슬러리가 도포된 집전체를 건조부에서 건조시키는 과정; 및
c) 상기 집전체의 상면에 압력을 인가하는 제 1 롤러 및 상기 제 1 롤러에 대향하는 전극 합제층의 하면 부위를 지지하는 제 2 롤러를 회전시키면서, 상기 전극 합제층을 압연시켜, 전극을 제조하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.A method of manufacturing an electrode using the electrode manufacturing apparatus according to claim 1,
a) a step of spraying an electrode mixture slurry upward by spraying an electrode mixture slurry on a lower surface of the current collector from an electrode mixture coating portion located at a lower portion of the current collector with respect to the ground;
b) drying the current collector coated with the slurry for the electrode material mixture on the lower surface by a drying unit; And
c) rolling the electrode mixture layer while rotating a first roller for applying a pressure to the upper surface of the current collector and a second roller for supporting a lower surface portion of the electrode mixture layer facing the first roller, Process;
Wherein the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other.
일면 또는 양면에 상기 전극 합제층이 형성되어 있는 집전체;
를 포함하고 있고,
상기 전극 합제층은 수직 단면 상에서, 집전체로부터의 거리가 멀어질수록, 전극 활물질 입자들의 평균 입경이 연속적 또는 비연속적으로 증가하는 분포로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.An electrode material mixture layer containing electrode active material particles having different particle diameters; And
A current collector having the electrode mixture layer formed on one surface or both surfaces thereof;
And,
Wherein the electrode material mixture layer has a distribution such that the average particle diameter of the electrode active material particles increases continuously or discontinuously as the distance from the current collector increases on a vertical section.
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