KR20180072077A - 전극의 건조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 전극들을 적층한 상태에서 건조하는 전극의 건조 방법으로서,
상기 전극들 사이에 흡습성 필름을 개재하는 과정;
상기 전극들 사이에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 대면하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법, 또는
상기 전극 시트를 흡습성 필름과 함께 권취하는 과정;
상기 권취된 전극 시트가 겹치는 부분에서 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 마주하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법에 관한 것이다.
상기 전극들 사이에 흡습성 필름을 개재하는 과정;
상기 전극들 사이에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 대면하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법, 또는
상기 전극 시트를 흡습성 필름과 함께 권취하는 과정;
상기 권취된 전극 시트가 겹치는 부분에서 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 마주하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전극의 건조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 전극 사이에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 전극의 건조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 일반적으로, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 형태의 전극조립체를 전지케이스에 내장하고, 전해액을 주입하여 전해액을 함침시켜 제조된다.
이??, 상기 양극과 음극, 즉, 전극은 전극 집전체 상에 전극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다.
그러나, 이러한 전극의 제조시, 단위 전극을 하나씩 건조하기 보다는 다수의 단위 전극을 적층한 상태로 한번에 건조하거나, 전극 시트를 롤 형태로 권취하여 전극을 건조한다.
그러나, 이 경우, 적층체 및 롤 형태의 전극 시트에서 코어 쪽의 전극의 건조가 충분히 이루어지지 않아, 바깥쪽 전극과의 수분량의 편차가 발생하고, 건조 과정에서의 수분 편차 발생은 이후, 상기 전극들을 사용하는 이차전지들 간 셀 성능에 편차를 가져 올 수 있고, 코어부분의 전극을 사용하는 경우 전극의 건조가 완전히 이루어지지 않아 코어 쪽 전극을 사용하는 경우에는, 전지셀 성능에 악영향을 끼칠 수 있는 문제가 있었다.
또한, 코어부분의 전극까지 건조가 완전히 이루어지게 하기 위해서는, 진공 건조로 내의 감압 조건 하에서 10시간 이상씩 건조를 수행하므로, 건조 시간이 길어지고, 전체적인 전극 제조의 시간이 길어져 공정 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
또는 건조 공정의 온도를 높여 전극을 건조하할 수 있으나, 건조 온도를 너무 높이는 경우에는 전극 자체에 크랙이 발생할 수 있고, 활물질에도 영향을 미쳐 한계가 있다.
따라서, 짧은 건조 시간으로도, 코어 부분의 전극까지 건조가 용이하게 이루어져 전극들간 수분 편차가 발생하지 않는 기술 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전극의 건조 과정에서, 적층된 전극들 사이 또는 권취한 상태의 전극 시트에 비평탄 구조 표면을 가지는 흡습성 필름을 개재하여 전극의 건조를 실시하는 경우, 건조 시간이 감소하면서도, 코어 부분까지 전극의 건조가 충분히 이루어져 소망하는 효과를 달성할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극의 건조 방법은,
다수의 전극들을 적층한 상태에서 건조하는 전극의 건조 방법으로서,
상기 전극들 사이에 흡습성 필름을 개재하는 과정;
상기 전극들 사이에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 대면하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 한다.
또는,
전극 시트를 권취한 상태에서 건조하는 전극의 건조 방법으로서,
상기 전극 시트를 흡습성 필름과 함께 권취하는 과정;
상기 권취된 전극 시트가 겹치는 부분에서 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 마주하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 전극을 제조하는 과정은, 활물질 도포 공정, 프레스 공정, 검사 공정, 건조 공정 등의 공정을 거친다. 구체적으로 활물질 도포 공정에서는 금속박(전극 집전체)의 적어도 일면에 전극 슬러리를 도포하고, 도포 후에 가열 건조에 의해 전극 슬러리 중의 용제를 제거하여 활물질층을 형성한다. 프레스 공정에서는 이러한 활물질층을 프레스 하여 활물질층의 밀도를 높인다. 이후, 전극의 표면, 특히 활물질층을 검사하는 검사 공정이 수행된 후, 다시 전극을 진공 건조로 내에 배치해, 감압 하에서 건조 공정을 거친다. 상기 활물질 도포 공정에서의 가열 건조에서는 다음 공정인 프레스 공정이 가능한 정도로 용제의 제거와 바인더에 의한 활물질 입자의 결착이 이루어질 정도로만 이뤄지지만, 건조 공정에서는 활물질층에 잔존하는 용제를 완전히 제거한다.
이때, 상기 건조 공정은 전극 하나씩 진행되지 아니하고, 적층된 상태, 도는 롤형으로 권취한 상태에서 감압 조건 하의 진공 건조로 내에 여러 개 배치하여 건조한다. 이때, 이러한 전극들은 전극끼리 겹치는 부분이 존재하기 때문에 코어 쪽의 전극에서는 수분 등의 증발이 어려워, 코어 쪽까지 완전히 증발시키기 위해서는 긴 건조시간이 요구되고, 건조시간을 짧게 하면, 코어쪽과 외측의 수분량 편차가 발생하여 셀 성능이 저하하는 등 편차가 발생할 수 있는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 상기와 같이 전극들 사이에, 또는 전극 시트가 겹치는 부분에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하며, 이때, 상기 흡습성 필름의 표면을 비평탄 구조 표면을 갖도록 하여 한층 더 수분이 빠르게 증발할 수 있는 공기 통로를 전극 전체적으로 제공함으로써 상기 문제를 해결하였다.
여기서, 상기 비평탄 구조는, 전극들 또는 전극 시트 사이에서 공기의 흐름을 원활하게 할 수 있는 공기 통로를 제공할 수 있는 형태라면 한정되지 아니하나, 구체적으로, 볼록 구조 또는 오목 볼록 혼합 구조일 수 있고, 상세하게는, 양각의 곡면형 돔, 양각의 다각형 돔, 골과 마루가 곡면인 둥근 기와형, 및 골과 마루가 다각형인 다각 기와형로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이러한 구조에 있어서, 비평탄 구조를 이루는 단위 구조, 예를 들어, 곡면형 돔, 다각형 돔, 둥근 기와, 다각형 기와 등이 규칙적으로 반복 배열되어 있거나, 또는 랜덤하게 배열되어 있을 수 있고, 상세하게는, 보다 전극 또는 전극 시트의 전체적으로 균일한 건조를 위해서는 규칙적으로 배열되어 있을 수 있다.
또한, 상기와 유사한 이유로, 전극 또는 전극 시트의 양면에 활물질이 도포되어 있는 경우, 양면의 건조 속도를 유사하게 하여 균일한 건조를 위해 상기 흡습성 필름은 전극과 대면하는 양면 모두에서 상기 비평탄 구조 표면을 가질 수 있다.
이때, 상기 비평탄 구조는 양면에서 서로 같은 구조를 가질 수도 서로 다른 구조를 가질 수도 있으나, 제조의 편이성 등을 고려하여 비평탄 구조는 양면에서 동일할 수 있고, 상세하게는 서로 상보적으로 형성된 오목 볼록 혼합 구조 또는 대응되는 볼록 구조일 수 있다.
여기서, 상보적으로 형성된 오목 볼록 혼합 구조란, 흡습성 필름의 일면과 타면에 오목 볼록 혼합 구조가 형성될 때, 일면의 볼록 구조에 대응하는 위치에는 타면의 오목 구조가 위치하여, 예를 들어, 물결 형상을 이루는 구조를 의미하고, 대응되는 볼록 구조란, 흡습성 필름의 일면과 타면이 볼록 구조 표면을 가질 때, 동일한 위치에서 동일하게 볼록 구조를 가져 가운데 거울이 놓인 것과 같이 엠보싱 형상을 이루는 구조를 의미한다.
이와 같이 상기 흡습성 필름이 비평탄 구조를 가지는 경우, 평탄 구조를 가지는 경우와 비교하여, 흡습성 필름의 비평탄 구조가 형성하는 공기 통로에 의해 전극 코어 쪽까지 공기의 흐름이 원활하므로 외측과 공기와 맞닿는 면적에 큰 차이가 없으므로 건조가 더욱 용이하게 이루어져 수분량 편차를 더욱 줄일 수 있으며, 따라서 건조시간 또한 획기적으로 단축할 수 있다.
한편, 상기 흡습성 필름은, 흡습성이 좋고 권취 장력을 견딜수 있는 필름 형태의 물질이라면 한정되지 아니하나, 상세하게는 섬유계 필름일 수 있고, 더욱 상세하게는, 에스테르계 섬유, 셀룰로우즈계 섬유, 또는 알코올계 섬유로 이루어진 필름일 수 있으며, 여기서 상기 알코올계 섬유는 폴리비닐알코올(PVA) 수지로 이루어질 수 있다.
상기 폴리비닐알코올계 수지는 흡습성이 매우 우수할 뿐 아니라, 롤 형태로 권취하여 전극을 건조하는 경우, 전극과 함께 권취되는 경우 발생하는 장력을 견딜 수 있을 정도로 연신성이 좋기 때문에 더욱 바람직하다.
이러한 흡습성 필름의 두께는 흡습성과 전극 적층체 또는 롤 형의 전극 시트의 크기를 고려하여 결정될 수 있으며, 상세하게는, 전극 또는 전극 시트의 두께와 동일하거나 또는 그보다 작을 수 있다.
상기 전극 또는 전극 시트의 두께보다 큰 경우, 전극의 건조에는 유리할 수 있으나, 너무 부피가 커져 동일한 부피의 건조로 내에 배치될 수 있는 수량이 적어져 전체적인 건조시간은 오히려 길어질 수 있는 바 바람직하지 않다.
상세하게는, 상기 흡습성 필름의 두께는 전극 또는 전극 시트의 두께의 30 내지 80%일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 흡습성 필름의 두께가 전극 또는 전극 시트의 두께 대비 30%보다도 작은 경우에는 활물질층 내의 수분 흡수를 충분히 할 수 있을 정도의 양을 갖지 않는 바 바람직하지 않다.
한편, 상기 흡습성 필름이 수분을 더욱 용이하게 흡수하여 더욱 빠른 건조가 가능하게 하기 위해, 상기 흡습성 필름의 적어도 일면에는 수분(H2O)을 흡착할 수 있는 흡착성 물질이 코팅되어 있을 수 있다.
이러한 흡착성 물질은, 수분을 흡착할 수 있는 다공성 구조를 가지는흡습물질로서, 수분 이외에 유기용제 등도 흡착할 수 있는 물질이라면 더욱 바람직하고, 예를 들어, 실리카겔, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 흡착성 물질의 코팅은 상기 실리카겔 등과 같은 미립자들을 바인더와 함께 유기용제에서 혼합한 슬러리에 필름을 담그는 딥 코팅(dip-coating)을 수행하고 건조함으로써 달성할 수 있다.
이와 같은 흡착성 물질이 코팅되어 있는 경우의 흡습성 필름의 두께는 흡착성 물질의 코팅 두께를 포함하여, 상기와 같은 두께를 가질 수 있다.
이러한 흡착성 물질은 보다 우수한 흡습성을 발휘하고 양면에서의 건조가 균일하게 이루어지게 하기 위해 흡습성 필름의 양면에 코팅되어 있을 수 있으며, 상기 흡착성 물질의 코팅 두께는 흡습성 필름 두께의 10 내지 50%일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 10% 미만인 경우에는 흡착성 물질의 코팅에 따른 흡습성의 향상 효과가 미미하고, 50%를 초과하는 경우에는 오히려 흡착성 물질의 코팅층이 흡습성 필름이 발휘할 수 있는 흡습 효과를 방해하고, 흡습성 필름이 두꺼워져 전체적인 부피가 증가하는 바 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 형태로 전극 건조를 실시하는 경우에는, 전극 코어 쪽까지의 완전한 건조를 위한 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 바, 본 발명에 따른 건조 과정은 60분 내지 300분 동안 섭씨 100도 내지 130도에서 수행됨으로써 충분하다.
본 발명은, 코어 쪽까지 전체적으로 유사하게 건조가 가능하므로, 상기와 같은 건조에도, 수분량의 편차가 거의 없다.
본 발명은 또한, 상기 전극의 건조 방법을 거쳐 제조된 전극을 제공한다.
상기 전극은, 상기에서 설명한 바와 같이, 전극의 건조 과정 전에 활물질 도포 과정을 거친다.
상기 전극이 양극인 경우, 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 전극이 음극인 경우, 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 마이크로미터 이상 내지 500 마이크로미터 이하의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 전극은 예를 들면 이차전지, 전기 이중층 커패시터 등의 축전 장치에 이용된다. 이차전지로서는 예를 들면 리튬 이차 전지 등의 비수전해질 이차전지이다.
상기 리튬 이차전지의 제조방법 등은 당업계에 공지된 바와 같다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극의 건조 방법은, 적층된 전극들 사이에 비평탄 구조 표면을 가지는 흡습성 필름을 개재한 상태, 전극 시트를 상기 흡습성 필름과 함께 권취한 상태로 수행함으로써 코어 쪽 전극까지 건조 챔버 내부 공기와 맞닿을 수 있고, 상기 흡습성 필름에 의해 건조가 보다 용이하게 일어나므로 건조 시간을 단축할 수 있고, 코어 부분까지 전극의 건조가 충분히 이루어져 전극 간 수분 편차가 발생하지 않고 이를 사용하여 전지를 제조하는 경우, 잔존 수분에 따른 전지 성능이 저하가 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극의 건조를 위한 롤 형태로 권취된 전극 시트의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극의 건조를 위한 적층된 형태의 전극들의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극 시트와 함께 권취된 흡습성 필름의 비평탄 구조의 표면을 나타낸 사시도이다;
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극의 건조를 위한 적층된 형태의 전극들의 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 전극 건조 공정을 위해 전극 시트가 권취될 때 흡습성 필름이 함께 권취된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 건조 공정을 위한 전극 시트(100)는 건조 챔버에서 건조되기 전 흡습성 시트(200)와 함께 롤 형태로 권취되어 전극 시트(100)가 겹치는 부분에서 흡습성 시트(200)은 전극 시트(100) 사이에 개재된 구조를 가진다.
일반적으로, 전극의 건조시에는 별도의 전극들을 개별적으로 건조하기 보다 효율성을 높이기 위해, 상기와 같은 롤 형태로 권취한 상태로 건조한다.
그러나, 이와 같이 권취한 상태로 전극 시트을 건조하는 경우, 코어 쪽으로 갈수록, 건조 챔버 내에서 공기가 맞닿는 표면적이 매우 적어지므로, 건조가 충분히 이루어지지 않아, 하나의 전극 시트에서도 코어 쪽과 바깥 쪽의 수분량의 편차가 발생하고, 이와 같은 전극 시트(100)을 사용하는 경우에는 전지 성능의 편차가 발생하거나, 수분량이 많은 전극 시트를 사용하는 전지의 전지 성능이 급격히 저하되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은, 도 1에 도시한 바와 같이, 흡습성의 필름(200)을 전극 시트(100)를 권취할 때 전극 시트(100)의 상면 또는 하면에 배치하고 함께 권취하고, 이를 챔버 내에서 건조한다. 이때, 흡습성 필름(200)의 두께(t)는 전극 시트(100)의 두께(T)보다 작을 수 있고, 약 70%정도이다.
이와 같이 흡습성의 필름(200)을 함께 권취하면, 롤 형태로 권취된 전극 시트(100)의 코어 쪽까지 흡습성의 필름(200)이 자리하게 되고, 이 경우, 상기 흡습성의 필름(200)의 흡습 성분에 따라 전극 시트(200) 전체적으로 보다 용이하게 건조가 이루어질 수 있다.
더욱이, 도 1에 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 흡습성 필름(200)은 전극 시트(100)과 대면하는 면들 중 적어도 하나에서 비평탄 구조 표면을 가진다.
여기서, 비평탄 구조는 볼록 구조 또는 오목 불록 혼합 구조일 수 있다. 따라서 특히 코어 쪽의 전극 시트(200)까지도, 전극 시트(200)가 겹쳐진 부분들에 개재되어 있는 흡습성 필름(200)의 표면 구조에 의해, 공기가 통할 수 있는 통로가 마련되고, 공기가 원활하게 흐를 수 있어, 코어 쪽의 건조를 더욱 용이하게 하는 바, 건조 시간이 단축되고 보다, 효율적으로 코어 쪽의 전극까지 충분한 건조를 수행할 수 있는 바, 전극 간 수분량 편차를 줄임으로써 이들을 사용하는 전지 성능의 일관성을 확보하고, 성능 저하도 막을 수 있는 효과가 있다.
이러한 구조의 이해를 위해, 비평탄 구조 표면을 가지는 흡습성 필름(200)의 예들을 도 2 내지 도 5에 모식적으로 도시하였다.
구체적으로, 도 2에는 곡면의 골(212)과 마루(211)가 연속된 모양으로 양면에 형성된 흡습성 필름(210)의 예가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 흡습성 필름(210)의 양면에 모두 골(212)과 마루(211)가 연속되어 나타나는 구조를 가진다. 이때, 흡습성 필름(210)의 양면에 형성된 골(212)과 마루(211)는 서로 상보적으로 형성되어 전체적으로 물결과 같은 형상을 이룬다.
도 3에는 다각형의 골(222)과 마루(221), 구체적으로, 삼각의 골(222)과 마루(221)가 연속된 모양으로 양면에 형성된 흡습성 필름(220)의 예가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 도 3 역시, 도 2와 유사하게, 흡습성 필름(220)의 양면에 모두 골(222)과 마루(221)가 연속되어 나타나는 구조를 가지고 서로 상보적인 형상을 이룬다.
도 4에는 또 다른 예로서, 흡습성 필름(230)의 양면에 양각의 곡면형 돔(231)들이 다수 형성된 비평탄 구조 표면의 예가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 흡습성 필름(230)의 앙면에 형성된 곡면형 돔(231)들에 의해 흡습성 필름(230)은 볼록 구조를 가지며, 양면에 형성된 돔(231)들은 서로 대응되도록 형성되어 전체적으로 엠보싱 형상을 이룬다.
도 5에는 도 4와 유사하게 양각의 돔(241)들이 형성되어 있으나, 그 형상이 다각형인 비평탄 구조 표면의 예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 도 4와 다르게, 양각의 다각형 돔(241)들은 흡습성 필름(240)의 일면에만 형성되어 있다.
한편, 도 6에는 본 발명의 또 다른 예로서, 전극 건조시 롤 형태로 권취하는 것이 아니라, 다수의 전극들을 적층하여 건조하는 구성이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 다수의 전극(100')들이 적층되고, 이들 사이에 흡습성 필름(200')이 개재되어 있는 구조를 가진다. 이와 같이 흡습성 필름(200')을 전극(100')들 사이에 개재하여 건조 공정을 수행하는 경우, 내측에 위치하는 전극들의 건조도 충분히 이루어질 수 있다.
이때, 흡습성 필름(200')의 구조 역시 상기에서 설명한 것과 같이, 예를 들어, 도 2 내지 도 5의 구조를 가진다.
<실시예 1>
음극 활물질 인조 흑연, 도전재인 Denka black 및 수계 바인더(SBR)가 중량비 96:2:2으로 물와 혼합되어 있는 슬러리를 준비하였다.
상기 슬러리를 두께 6 ㎛의 Cu 호일에 양면 코팅하여 가전극을 제조하고, 하기 도 1에서와 같이 두께 20 ㎛의 흡습성 필름(PVA)와 함께 권취하였다. 이때, 흡습성 필름의 표면 구조는 도 2와 같다.
<실시예 2>
두께 20 ㎛의 흡습성 필름(PVA)(필름의 구조는 도 2와 같음)의 양면을 실리카겔을 아세톤에 분산한 코팅액으로 5㎛ 두께로 코팅하고 건조하여 실리카겔이 코팅된 흡습성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조된 가전극과 함께 상기 흡습성 필름을 하기 도 1에서와 같이 권취하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 제조된 가전극만을 권취하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 제조된 가전극과 평탄 표면 구조(매끄러운 구조)를 가지는 두께 20 ㎛ 흡습성 필름(PVA)을 함께 권취하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2의 전극들을 건조 챔버에 넣고 섭씨 100도의 온도에서 5 시간동안 건조하는 과정을 수행하고, 가장 내측에 위치한 전극을 1.4875cm2으로 타발(양극코인셀 넓이)하여, 수분량을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 수분량(ppm) | 214 | 238 | 408 | 342 |
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 내측의 전극까지 건조가 용이하게 이루어짐을 확인할 수 있다. 특히, 매끄러운 구조의 흡습성 필름을 사용하는 경우(비교예 2)보다도 본원발명과 같이 비평탄 구조의 굴곡이 있는 흡습성 필름을 사용하는 경우에는 더욱 전극 코어쪽의 건조가 용이한 것을 명확히 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (17)
- 다수의 전극들을 적층한 상태에서 건조하는 전극의 건조 방법으로서,
상기 전극들 사이에 흡습성 필름을 개재하는 과정;
상기 전극들 사이에 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 대면하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법. - 전극 시트를 권취한 상태에서 건조하는 전극의 건조 방법으로서,
상기 전극 시트를 흡습성 필름과 함께 권취하는 과정;
상기 권취된 전극 시트가 겹치는 부분에서 흡습성 필름이 개재된 상태로 건조하는 과정;
을 포함하며,
상기 흡습성 필름은 전극들과 마주하는 면들 중 적어도 하나가 비평탄 구조의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비평탄 구조는 볼록 구조 또는 오목 볼록 혼합 구조인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 비평탄 구조는 양각의 곡면형 돔, 양각의 다각형 돔, 골과 마루가 곡면인 둥근 기와형, 및 골과 마루가 다각형인 다각 기와형로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비평탄 구조는 비평탄 구조를 이루는 단위 구조가 규칙적 반복 배열되어 있거나, 또는 랜덤하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡습성 필름은 전극과 대면하는 양면 모두에서 비평탄 구조 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 흡습성 필름의 양면에 형성된 비평탄 구조는 서로 상보적으로 형성된 오목 볼록 혼합 구조 또는 대응되는 볼록 구조인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡습성 필름은 에스테르계 섬유, 셀룰로우즈계 섬유, 또는 알코올계 섬유로 이루어진 필름인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 알코올계 섬유는 폴리비닐알코올(PVA) 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡습성 필름의 두께는 전극 또는 전극 시트의 두께와 동일하거나 또는 그보다 작은 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 흡습성 필름의 두께는 전극 또는 전극 시트의 두께의 30 내지 80%인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡습성 필름의 적어도 일면에는 수분(H2O)을 흡착할 수 있는 흡착성 물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 흡착성 물질은 실리카겔, 알루미나 및 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 흡착성 물질은 흡습성 필름의 양면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 흡착성 물질의 코팅 두께는 흡습성 필름 두께의 10 내지 50%인 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 건조는 60분 내지 300분 동안 섭씨 100도 내지 130도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전극의 건조 방법을 거쳐 제조된 전극.
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