KR20190061013A - 리튬 이온 전지용 애노드 슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애노드 활성 물질, 도전제, 바인더 물질 및 용매를 포함하는 리튬 이온 전지의 음극 슬러리에 관한 것으로서, 상기 애노드 활성 물질의 입자 크기 D50이 약 10㎛ 내지 약 40㎛이고, 약 100㎛의 습윤막(wet film) 두께로 집전체 상에 코팅된 상기 슬러리는 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 약 25% 내지 약 40%의 상대 습도를 갖는 환경 하에서 약 5분 이하의 건조 시간을 갖는다. 본 명세서에 개시된 애노드 슬러리는, 고품질 및 일관된 성능을 갖는 리튬 이온 전지를 제조하기위한 균일한 성분 분산 능력 및 빠른 건조 능력을 갖는다. 또한, 애노드 슬러리의 이러한 특성은 생산성을 증가시키고 리튬 이온 전지의 제조 비용을 감소시킨다.

Description

리튬 이온 전지용 애노드 슬러리
본 발명은 전극 슬러리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리튬-이온 전지에 사용하기 위한 애노드 슬러리에 관한 것이다.
리튬이온전지(LIB)는 지난 20년간 핸드폰 및 랩탑 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 장치의 광범위한 응용 분야에서 많은 주목을 받아왔다. 전기자동차(EV) 및 그리드 에너지 저장장치(grid energy storage) 시장의 급속한 발전으로 인해, 고성능, 저비용의 LIB는 현재 대규모 에너지 저장 장치에 대한 유망한 옵션 중 하나이다.
일반적으로, 리튬 이온 전지는 세퍼레이터, 캐소드 및 애노드를 포함한다. 현재, 전극은 활성 전지 전극 물질, 도전제 및 바인더 물질의 분말을 적절한 용매에 분산시킴으로써 제조된다. 분산액이 구리 또는 알루미늄 금속 호일과 같은 집전체 상에 코팅될 수 있고, 그 후 승온에서 건조시켜 용매를 제거한다. 이어서, 캐소드 시트 및 애노드 시트가 캐소드와 애노드를 분리하는 세퍼레이터와 적층되거나 압연(rolled)되어 전지를 형성한다.
전극의 특성은 전지의 성능 및 안전성에 큰 영향을 줄 수 있다. 지난 수십년 동안 캐소드 물질(cathode material)은 전지의 용량 및 에너지 밀도에 영향을 미치기 때문에 많은 주목을 받았다. 애노드 물질(anode material) 또한 전지의 충전 성능, 저온 성능 및 안전 성능에 중요하다. 애노드 집전체 상의 매끄럽고 균일한 코팅층이 수지상조직 형성(dendrite formation)에 덜 민감하므로, 셀(cell)의 사이클 수명을 연장시키고 셀의 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 애노드 슬러리의 제조는 양호한 품질의 전지를 제조하기 위한 필수적인 첫 단계이다.
불완전한 건조로 인한 코팅층의 잔류 용매는 접착 문제에 영향을 미쳐 결국 전지의 성능과 품질에 영향을 줄 수 있다. 전극으로부터 잔류 용매를 제거하는 한 가지 방법은 고온에서 장시간 전극을 건조시키는 것이다. 그러나 고온에서 장시간 가열하면 고분자 바인더의 노화로 인해 코팅이 붕괴될 수 있다. 전극 특성의 변화는 완성된 전지가 적절한 기능을 하는 데에 해롭다.
현재, 전극 슬러리에 관한 많은 연구 개발이 진행되고 있다. 중국 특허 출원 제 105149186 A 호에는 전극 코팅을 건조시키는 방법이 기재되어 있다. 코팅된 전극을 유도 가열 코일로 유도 가열하여 금속 집전체를 원하는 온도로 가열한다. 그러나, 코팅된 전극은 코일 내의 유도 전류 밀도의 불균일한 분포로 인해 불균일하게 가열될 수 있다. 이는 균일한 온도로 신속하게 가열하는 것에 대해 문제를 일으킬 수 있어, 코팅의 품질에 영향을 미친다.
중국 특허 출원 제 102544461 A 호에는 리튬 이온 전지의 애노드 물질이 기재되어 있다. 애노드 물질은 결정 실리콘 파우더, 카본 블랙 및 바인더 물질을 포함한다. 실리콘 분말의 입자 크기는 2.0㎛ 내지 5.0㎛이다. 그러나 애노드 활성 물질(anode active material)의 비표면적이 크기 때문에, 애노드 활성 물질 및 전도물질을 애노드 집전체에 결합시키기 위해서는 15-20 중량%의 바인더제가 필요하다. 전극 코팅에 많은 양의 바인더제가 있으면 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 감소할 것이다. 또한, 생성된 애노드는 12-24시간 동안 고온에서 진공 건조기로 건조될 필요가 있다. 장시간의 건조가 필요하기 때문에, 대량 생산에 적합하지 않은 것으로 간주된다.
중국 특허 출원 제 101154720 A 호에는 리튬 이온 전지용 애노드 슬러리가 기재되어 있다. 애노드 슬러리는 나노 카본 물질, 약산(weak acid), 바인더 및 용매로 만들어진다. 나노 카본 재료의 평균 입자 크기는 20nm 내지 70nm이다. 그러나, 코팅된 애노드 슬러리를 건조하기 위한 조건에 대한 언급이 없다. 또한, 이 애노드 슬러리로 코팅된 애노드를 포함하는 전지는 1C/1C에서 300 사이클 후에 초기 용량의 7-15%의 용량 손실이 있다.
전술한 관점에서, 전지 성능 및 제조 효율성의 이유로 인해 균일한 성분 분산 및 신속한 건조 능력을 갖는 애노드 슬러리의 지속적인 개선이 필요하다.
전술한 필요성은 본 명세서에 개시된 다양한 측면 및 구현예에 의해 충족된다.
일 측면에서, 본 발명은, 애노드 활성 물질, 도전제, 바인더 물질 및 용매를 포함하는 리튬 이온 전지용 애노드 슬러리를 제공하며, 상기 애노드 활성 물질은 약 10㎛ 내지 약 40㎛의 범위의 입자 크기 D50을 가지며 약 100㎛의 습윤막(wet film)의 두께로 집전체 상에 코팅된 이 슬러리는, 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 약 25% 내지 약 40%의 상대 습도를 갖는 환경 하에서 약 5분 이하의 건조 시간을 갖는다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 천연 흑연 미립자(natural graphite particulate), 합성 흑연 미립자(synthetic graphite particulate), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon), 메조카본 마이크로비즈(mesocarbon microbeads)(MCMB), Sn 미립자, SnO2, SnO, Li4Ti5O12 미립자, Si 미립자, Si-C 복합 미립자 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
특정 구현예에서, 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 애노드 활성 물질은 30 내지 65 중량%; 도전제는 0.8 내지 5 중량%; 바인더 물질은 0.5 중량% 내지 6 중량%; 용매는 30 내지 60 중량%의 양으로 존재하며, 모든 성분을 합한 중량% 값은 100 중량%를 초과하지 않는다. 다른 구현예에서, 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 애노드 활성 물질은 35 내지 50 중량%; 도전제는 1 내지 4 중량%; 바인더 물질은 0.8 내지 3.5 중량%; 용매는 40 내지 55 중량%의 양으로 존재하며, 모든 성분을 합한 중량% 값은 100 중량%를 초과하지 않는다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 D10 값은 3㎛ 이상이다. 특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 D90 값은 80㎛ 이하이다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 D90 / D10 비는 약 3 내지 약 10, 또는 약 5 내지 약 8이다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 입자 크기 분포는 약 12㎛에서 제 1 피크 및 약 30㎛에서 제 2 피크를 갖는 이봉형(bimodal)이다.
일부 구현예에서, 도전제는 카본, 카본 블랙, 흑연, 팽창 흑연, 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelets), 카본 섬유, 카본 나노 섬유, 흑연화 카본 플레이크, 카본 튜브, 카본 나노 튜브, 활성 카본, 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.
특정 구현예에서, 바인더 물질은 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴화 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오린 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 옥사이드, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에피클로로하이드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 라텍스, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 카복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리카복실레이트, 폴리카복시산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리우레탄, 플루오르화 폴리머, 염소화 폴리머, 알긴산 염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-헥사플루오로프로펜 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 추가 구현예에서, 알긴산 염은 Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al 또는 이들의 조합으로부터 선택된 양이온을 포함한다.
일부 구현예에서, 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 아세토니트릴, 부틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸 브로마이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 물, 순수(pure water), 탈이온수, 증류수, 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, 아세톤, n-프로판올, t-부탄올 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.
특정 구현예에서, 용매는 200℃ 미만, 180℃ 미만, 160℃ 미만, 140℃ 미만, 120℃ 미만 또는 100℃ 미만의 끓는점을 갖는다.
특정 구현예에서, 슬러리의 점도는 약 500 mPa·s 내지 약 3,500 mPa·s 범위이다.
일부 구현예에서, 용매의 증기압은 15kPa 이상이다.
특정 구현예에서, 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 9이다.
일부 구현예에서, 코팅된 슬러리 막은 박스 오븐, 컨베이어 오븐 또는 핫 플레이트에 의해 건조된다.
일부 구현예에서, 막 형태의 집전체 상에 코팅된 슬러리는 약 2.5분 이하의 건조 시간을 갖는다.
다른 측면에서, 본 발명은 리튬 이온 전지용 음극을 제공하는데, 이 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체 상에 분산된 음극층을 포함하며, 상기 음극층은 본 명세서에 개시된 방법에 의해 제조된 애노드 슬러리를 사용하여 형성된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 캐소드, 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이에 삽입된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이온 전지를 제공하며, 여기서 하나 이상의 애노드는 본 명세서에 개시된 방법으로 제조된 음극이다.
도 1은 실시예 3에 따라 제조된 캐소드 및 애노드를 포함하는 전기 화학 전지의 사이클링 성능을 나타낸다.
도 2는 실시예 4에 따라 제조된 캐소드 및 애노드를 포함하는 전기 화학 전지의 사이클링 성능을 나타낸다.
일반 정의
"도전제(conductive agent)"라는 용어는 전극의 전기 전도성을 증가시키는 화학 물질 또는 물질을 의미한다.
"바인더 물질(binder material)”이라는 용어는 활성 전지 전극 물질 및 도전제를 제 위치로 고정하는데 사용될 수 있는 화학 물질 또는 물질을 의미한다.
"도포된(applied)" 또는 "도포하는(applying)"이라는 용어는, 집전체 표면상에 슬러리 층을 깔거나 펼치는 행위를 의미한다.
"집전체(current collector)"라는 용어는 2차 전지를 방전 또는 충전하는 동안 전극에 전류가 흐르는 것을 유지하기 위해, 활성 전지 전극 물질 및 화학적으로 비활성인 고전자 전도체를 코팅하기 위한 지지체를 의미한다.
"정체 공기(still air)"라는 용어는 코팅을 둘러싸고 있는 공기가 실질적으로 움직이지 않는 것을 말한다. 기류가 없는 경우, 코팅 표면의 상부 표면으로부터 1cm 위의 위치에서 0.2m/s 미만의 풍속이 관찰된다. 일부 구현예에서, 풍속은 0.1m/s 미만이다. 특정 구현예에서, 풍속은 0 m/s이다.
조성물의 "주성분(major component)"이란 용어는, 조성물의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 조성물의 50% 초과, 55% 초과, 60% 초과, 65% 초과, 70% 초과, 75% 초과, 80% 초과, 85% 초과, 85% 초과, 90% 초과 또는 95%를 초과하는 중량 또는 부피로 존재하는 성분을 의미한다.
조성물의 "부성분"이란 용어는, 조성물의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 조성물의 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 30% 미만, 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만 또는 5% 미만의 중량 또는 부피로 존재하는 성분을 의미한다.
"균질기(homogenizer)"란 용어는 물질의 균질화에 사용될 수 있는 장비를 의미한다. "균질화(homogenization)"란 용어는 물질이나 재료를 작은 입자로 줄이고 유체 전체에 균일하게 분산시키는 과정을 의미한다. 모든 통상적인 균질기가 본 명세서에 개시된 방법에 사용될 수 있다. 균질기의 예로 교반 혼합기(stirring mixers), 블렌더(blenders), 밀(mills)(예: 콜로이드 밀 및 샌드 밀), 초음파 분쇄기(ultrasonicators), 아토마이저(atomizers), 회전자-고정자 균질기(rotor-stator homogenizers) 및 고압 균질기(high pressure homogenizers)를 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다
"방전율(C rate)"이라는 용어는 셀 또는 전지의 총 저장용량을 Ah 또는 mAh로 표현한 셀 또는 전지의 충전 또는 방전율을 의미한다. 예를 들어, 1C는 1시간 내에 저장된 에너지 모두를 사용하는 것을 의미한다. 0.1C는 1시간 동안 10 중량%의 에너지를 사용하고 10시간 이내에 모든 에너지를 사용하는 것을 의미한다. 5C는 12분 안에 모든 에너지를 사용하는 것을 의미한다.
"암페어시(Ah)"라는 용어는 전지의 저장 용량을 명시하는데 사용되는 단위를 의미한다. 예를 들어 1Ah 용량의 전지는 1시간 동안 1 암페어의 전류를 공급할 수 있으며 2시간 동안 0.5A를 공급할 수 있다. 따라서 1Ah는 3,600 쿨롱의 전하와 같다. 유사하게, "미니암페어시(mAh)"라는 용어도 전지의 저장 용량의 단위를 말하며 1/1000 암페어시이다.
"전지 사이클 수명(battery cycle life)"라는 용어는 전지의 공칭 용량(nominal capacity)이 초기 정격 용량의 80% 이하로 떨어지기 전에 전지가 수행할 수 있는 완전 충전/방전 사이클의 수를 의미한다.
"닥터 블레이딩(doctor blading)"이란 용어는 경질 또는 연질 기판상에 큰 면적의 막을 가공하는 공정을 의미한다. 가변적인 습윤층 두께의 증착(deposition)이 가능하게 하는, 코팅 블레이드와 코팅 표면 사이의 조정 가능한 갭 폭에 의해 코팅 두께가 제어될 수 있다
"트랜스퍼 코팅(transfer coating)" 또는 "롤 코팅(roll coating)"이라는 용어는 경질 또는 연질 기판상에 큰 면적의 막을 가공하는 공정을 의미한다. 코팅 롤러의 표면으로부터 코팅제를 가압하여 전사함으로써 기판 상에 슬러리가 도포된다. 코팅 두께는 계량 블레이드와 코팅 롤러의 표면 사이의 조정 가능한 갭 폭에 의해 제어 될 수 있으며, 이는 가변적인 습윤층 두께로 증착되는 것이 가능하게 한다. 미터링 롤 시스템(metering roll system)에서, 코팅의 두께는 미터링 롤러와 코팅 롤러 사이의 간격을 조정하여 제어된다.
"입자 크기 D50"라는 용어는 부피를 기준으로 구한 총 부피가 100%인 입자 크기 분포를 누적 곡선으로 그린 경우, 누적 곡선상의 50% 지점에서의 입자 크기인, 부피 기준으로 누적된 50%의 크기(D50)(즉, 입자 부피의 50번째 백분위 수(중앙값)의 입자의 직경)를 의미한다. 또한, 본 발명의 애노드 활성 물질에 관해서, 입자 크기 D50은 1차 입자의 상호 응집 및 소결에 의해 형성된 2차 입자의 부피 평균 입자 크기를 의미하며, 입자들이 1차 입자로만 구성되는 경우, 1차 입자의 부피 평균 입자 크기를 의미한다. 또한, D10은 부피 기준으로 누적될 시 10%의 크기(즉, 입자 부피의 10번째 백분위 수의 입자의 직경)를 의미하고, D90은 부피 기준으로 누적될 시 90%의 크기(즉, 입자 부피의 90번째 백분위 수의 입자의 직경)를 의미한다.
유체의 "증기압"이란 용어는 폐쇄된 시스템 내 주어진 온도에서, 열역학적 평형 상태인 액상 유체의 증기에 의해 가해지는 압력을 의미한다.
"고형분(solid content)"라는 용어는 증발 후 잔류하는 비휘발성 물질의 양을 의미한다.
하기 명세서에서, 본 명세서에 개시된 모든 수는 "약" 또는 "대략"이라는 단어가 해당 수와 함께 사용되는지 여부에 관계 없이 대략적인 값이다. 그 수들은 1%, 2%, 5% 또는 때로는 10-20% 정도 차이가 있을 수 있다. 하한(RL) 및 상한(RU)을 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 그 범위 내에 있는 임의의 수가 구체적으로 개시된다. 특히, 범위 내의 다음의 수치가 구체적으로 개시된다: R=RL+k*(RU-RL), 이 때 k는 1% 증가율을 갖는 1% 내지 100% 범위의 변수이며, 즉 k는 1%, 2%, 3%, 4%, 5%,....,50%, 51%, 52%,....,95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100%이다. 게다가, 상기에서 정의된 두 개의 R 수치에 의해 정의된 임의의 수치 범위가 또한 구체적으로 개시된다.
본 발명은, 애노드 활성 물질, 도전제, 바인더 물질 및 용매를 포함하는 리튬 이온 전지 애노드 슬러리를 제공하며, 상기 애노드 활성 물질은 약 10㎛ 내지 약 40㎛의 범위의 입자 크기 D50을 가지며 약 100㎛의 습윤막(wet film)의 두께로 집전체 상에 코팅된 이 슬러리는, 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 약 25% 내지 약 40%의 상대 습도를 갖는 환경 하에서 약 5분 이하의 건조 시간을 갖는다.
통상적으로, 애노드의 패킹 밀도(packing density)를 높이기 위해서는 애노드 활성 물질의 입자 크기가 작은 것이 바람직하다. 일반적으로, 애노드 활성 물질의 평균 입자 크기가 0.05㎛ 내지 5㎛ 인 것이 바람직하다. 서로 다른 입자 직경의 애노드 활성 물질이 포함된 전극도 리튬 이차 전지용 애노드로서 사용되고 있다. 따라서, 큰 직경의 입자 사이의 공간은 작은 직경의 입자로 채워진다. 그러나, 조밀한 코팅은 코팅의 내부로부터 용매가 증발하는 것을 지연시킬 것이다. 현재 공정의 큐어링(curing) 단계에는 많은 시간이 소요된다. 고온에 노출되면 건조 시간이 단축될 수 있다. 그러나 이것은 불균일한 건조 때문에 종종 불량한 품질의 전극을 초래하고 셀 성능이 현저히 떨어지게 한다. 즉, 상대적으로 높은 건조 속도를 가능하게 하는 특정 범위의 크기 및 크기 비율을 갖는 입자를 갖는 애노드 활성 물질을 포함하는 슬러리가 개발되지 않았고, 높은 가공성을 갖는 슬러리가 요구된다. 따라서 고품질의 일관된 성능을 갖춘 리튬 이온 전지를 만들기 위해 간단하고, 신뢰성 있고 경제적인 새로운 애노드 슬러리가 항상 필요하다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 천연 흑연 미립자(natural graphite particulate), 합성 흑연 미립자(synthetic graphite particulate), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon), 메조카본 마이크로비즈(mesocarbon microbeads)(MCMB), Sn 미립자, SnO2, SnO, Li4Ti5O12 미립자, Si 미립자, Si-C 복합 미립자 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질은 금속 원소 또는 비금속 원소로 도핑(doping)된다. 일부 구현예에서, 금속 원소는 Fe, Ni, Mn, Al, Mg, Zn, Ti, La, Ce, Sn, Zr, Ru 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 비금속 원소는 B, Si, Ge, N, P, F, S, Cl, I, Se 및 이들의 조합이다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 코어 및 쉘 구조를 갖는 코어-쉘 복합체이거나, 코어-쉘 복합체를 포함한다. 코어 및 쉘은 각각 천연 흑연 미립자(natural graphite particulate), 합성 흑연 미립자(synthetic graphite particulate), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon), 메조카본 마이크로비즈(mesocarbon microbeads)(MCMB), Sn 미립자, SnO2, SnO, Li4Ti5O12 미립자, Si 미립자, Si-C 복합 미립자 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 독립적으로 선택된다.
특정 구현예에서, 코어-쉘 복합체는 탄소질 물질을 포함하는 코어 및 탄소질 물질 코어 상에 코팅된 쉘을 포함한다. 일부 구현예에서, 탄소질 물질은 소프트 카본, 하드 카본, 천연 흑연 미립자, 합성 흑연 미립자, 메조카본 마이크로비즈, 키시 흑연, 열분해 카본, 메조페이스 피치, 메조페이스 피치 기반 카본 섬유 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 특정 구현예에서, 쉘은 천연 흑연 미립자, 합성 흑연 미립자, 하드 카본, 소프트 카본, 메조카본 마이크로비즈, Sn 미립자, SnO2, SnO, Li4Ti5O12 미립자, Si 미립자, Si-C 복합 미립자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 코어의 직경은 약 5㎛ 내지 약 35㎛, 약 5㎛ 내지 약 25㎛, 약 5㎛ 내지 약 15㎛, 약 10㎛ 내지 약 30㎛, 또는 약 10㎛ 내지 약 25㎛이다. 특정 구현예에서, 쉘의 두께는 약 15㎛ 내지 약 35㎛, 약 15㎛ 내지 약 20㎛, 약 15㎛ 내지 약 25㎛, 약 20㎛ 내지 약 30㎛, 또는 약 20㎛ 내지 약 35㎛이다.
일부 구현예에서, 코어 및 쉘의 직경 또는 두께 비율은 15:85 내지 85:15, 25:75 내지 75:25, 30:70 내지 70:30, 또는 40:60 내지 60:40이다. 특정 구현예에서, 코어와 쉘의 부피비 또는 중량비는 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 또는 30:70이다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질은 금속 원소 또는 비금속 원소로 도핑되지 않는다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 Fe, Ni, Mn, Al, Mg, Zn, Ti, La, Ce, Sn, Zr, Ru, B, Si, Ge, N, P, F, S, Cl, I 또는 Se로 도핑되지 않는다.
애노드 활성 물질의 입자 크기 D50가 약 10㎛보다 크다면, 집전체 상에 코팅된 막 내의 큰 직경의 입자 사이에 공간이 생겨 단시간에 효율적으로 코팅된 막을 건조할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명의 애노드 활성 물질은 입자 크기 D50은 약 10㎛ 내지 약 40㎛, 약 10㎛ 내지 약 35㎛, 약 10㎛ 내지 약 30㎛, 약 10㎛ 내지 약 25㎛, 약 15㎛ 내지 약 45㎛, 약 15㎛ 내지 약 30㎛, 약 15㎛ 내지 약 25㎛, 약 15㎛ 내지 약 20㎛, 약 20㎛ 내지 약 40㎛ 약 20㎛ 내지 약 30㎛, 약 25㎛ 내지 약 40㎛, 또는 약 30㎛ 내지 약 40㎛ 이다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 입자 직경 D50은 40㎛ 미만, 35㎛ 미만, 30㎛ 미만, 25㎛ 미만, 20㎛ 미만 또는 15㎛ 미만이다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 입자 직경 D50은 10㎛ 초과, 15㎛ 초과, 20㎛ 초과, 25㎛ 초과, 30㎛ 초과 또는 35㎛ 초과이다. 특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 입자 직경 D50은 약 10㎛, 약 11㎛, 약 12㎛, 약 13㎛, 약 14㎛, 약 15㎛, 약 16㎛, 약 17㎛, 약 18㎛, 약 19㎛, 약 20㎛, 약 21㎛, 약 22㎛, 약 23㎛, 약 24㎛, 약 25㎛, 약 26㎛, 약 27㎛, 약 28㎛, 약 29㎛, 약 30㎛, 약 31㎛, 약 32㎛, 약 33㎛, 약 34㎛, 약 35㎛, 약 36㎛, 약 37㎛, 약 38㎛, 약 39㎛ 또는 약 40㎛ 이다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질은 약 3㎛ 내지 약 20㎛, 약 3㎛ 내지 약 10㎛, 약 3㎛ 내지 약 8㎛, 약 1㎛ 내지 약 10㎛, 약 1㎛ 내지 약 8㎛, 약 1㎛ 내지 약 5㎛, 약 2㎛ 내지 약 10㎛, 약 2㎛ 내지 약 5㎛, 또는 약 2㎛ 내지 약 8㎛ 인 입자크기 D10을 갖는다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 약 30㎛ 내지 약 87㎛, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 약 50㎛ 내지 약 70㎛, 약 30㎛ 내지 약 60㎛, 약 30㎛ 내지 약 50㎛, 약 20㎛ 내지 약 40㎛, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 또는 약 40㎛ 내지 약 50㎛인 입자크기 D90을 갖는다.
특정 구현예에서, 상기 애노드 활성 물질의 비율 D90/D10은 약 3 내지 약 15, 약 3 내지 약 10, 약 3 내지 약 8, 약 5 내지 약 15, 약 5 내지 약 10, 약 5 내지 약 8, 약 7.5 내지 약 20, 약 10 내지 약 20, 또는 약 10 내지 약 15이다.
일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로 하여, 약 10% 내지 약 80%, 약 10% 내지 약 70%, 약 10% 내지 약 60%, 약 10% 내지 약 50% , 약 10% 내지 약 40%, 약 10% 내지 약 30%, 약 10% 내지 약 20%, 약 30% 내지 약 70%, 약 30% 내지 약 60%, 약 30% 내지 약 50%, 약 30% 내지 약 40%, 약 40% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 60%, 약 40% 내지 약 50%, 약 45% 내지 약 50%, 약 25% 내지 약 60%, 약 25% 내지 약 50%, 약 25% 내지 약 40%, 약 35% 내지 약 65%, 약 35% 내지 약 50% 또는 약 35% 내지 약 45%의 중량 또는 부피이다. 특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 양은 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 27.5% 이상, 30% 이상, 32.5% 이상, 35% 이상, 37.5% 이상, 40% 이상, 42.5% 이상, 45% 이상, 47.5% 이상, 50% 이상, 52.5% 이상, 55% 이상, 57.5% 이상, 또는 60% 이상의 중량 또는 부피이다. 특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로 하여, 25% 이하, 27.5% 이하, 30% 이하, 32.5% 이하, 35% 이하, 37.5% 이하, 40% 이하, 42.5% 이하, 45% 이하, 47.5% 이하, 50% 이하, 52.5% 이하, 55% 이하, 57.5% 이하, 60% 이하의 중량 또는 부피이다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로 하여, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%의 중량 또는 부피이다.
슬러리 내 도전제는 애노드의 전기 전도성을 높이기위한 것이다. 일부 구현예에서, 도전제는 카본, 카본 블랙, 흑연, 팽창 흑연, 그래핀, 그래핀 나노 플레이트렛(graphene nanoplatelets), 카본 섬유, 카본 나노 섬유, 흑연화 카본 플레이크(graphitized carbon flake), 카본 튜브, 카본 나노 튜브, 활성탄(activated carbon), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택된다. 특정 구현예에서, 도전제는 카본, 카본 블랙, 흑연, 팽창 흑연, 그래핀, 그래핀 나노 플레이트렛(graphene nanoplatelets), 카본 섬유, 카본 나노 섬유, 흑연화 카본 플레이크(graphitized carbon flake), 카본 튜브, 카본 나노 튜브, 활성탄(activated carbon), 메조포러스 카본(mesoporous carbon)가 아니다.
일부 구현예에서, 도전제의 입자 크기는 약 10nm 내지 약 100nm, 약 10nm 내지 약 50nm, 약 10nm 내지 약 45nm, 약 10nm 내지 약 40nm, 약 10nm 내지 약 35nm, 약 10nm 내지 약 30nm, 약 10nm 내지 약 25nm, 약 10nm 내지 약 20nm, 약 10nm 내지 약 15nm, 약 20nm 내지 약 50nm, 약 20nm 내지 약 40nm, 약 25nm 내지 약 50nm, 약 30nm 내지 약 50nm, 또는 약 30nm 내지 약 40nm이다.
일부 구현예에서, 바인더 물질은 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴화된 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 니트릴부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오린 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 옥시드, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에피클로로하이드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 라텍스, 아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 카복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸 셀룰로오스, 시아노에틸 수크로오스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리카복실레이트, 폴리카복시산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리우레탄, 플루오르화 폴리머, 염소화 폴리머, 알긴산 염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-헥사플루오로프로펜 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택된다. 추가적인 구현예에서, 알긴산 염은 Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al 또는 이들의 조합으로부터 선택된 양이온을 포함한다
특정 구현예에서, 바인더 물질은 스티렌-부타디엔 고무, 카복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-헥사플루오로프로펜, 라텍스, 알긴산 염 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택된다.
일부 구현예에서, 바인더 물질은 SBR, CMC, PAA, 알긴산 염 또는 이들의 조합으로부터 독립적으로 선택된다. 특정 구현예에서, 캐소드 전극층 및 애노드 전극층 내의 바인더 물질 각각은 독립적으로 아크릴로니트릴 공중합체이다. 일부 구현예에서, 캐소드 전극층 및 애노드 전극층의 바인더 물질 각각은 독립적으로 폴리아크릴로니트릴이다. 특정 구현예에서, 캐소드 전극층 및 애노드 전극층의 각각의 바인더 물질은 독립적으로 스티렌-부타디엔 고무, 카복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-헥사플루오로프로펜, 라텍스, 또는 알긴산 염을 포함하지 않는다.
특정 구현예에서, 도전제 및 바인더 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로 하여, 독립적으로 0.1% 이상, 0.25% 이상, 0.5% 이상, 0.75% 이상, 1% 이상, 1.25% 이상, 1.5% 이상, 1.75% 이상, 2% 이상, 2.25% 이상, 2.5% 이상, 2.75% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상의 중량 또는 부피이다. 일부 구현예에서, 도전제 및 바인더 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로 하여, 독립적으로 0.1% 이하, 0.25% 이하, 0.5% 이하, 0.75% 이하, 1% 이하, 1.25% 이하, 1.5% 이하, 1.75% 이하, 2% 이하, 2.25% 이하, 2.5% 이하, 2.75% 이하, 3% 이하, 4% 이하, 5% 이하, 10% 이하, 15% 이하, 20% 이하, 25% 이하, 30% 이하, 35% 이하, 40% 이하, 45% 이하, 50% 이하의 중량 또는 부피이다.
일부 구현예에서, 도전제의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 0.02% 내지 약 1%, 약 0.02% 내지 약 0.5%, 약 0.02% 내지 약 0.25%, 약 0.05% 내지 약 1%, 약 0.05% 내지 약 0.5%, 약 0.12% 내지 약 1.25%, 약 0.12% 내지 약 1%, 약 0.25% 내지 약 2.5%, 약 0.5% 내지 약 2.5%, 약 0.5% 내지 약 2%, 약 1% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 2.5%, 약 1% 내지 약 2%, 약 1% 내지 약 1.5%, 약 1.5% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 2.5%, 약 1.5% 내지 약 3.5%, 또는 약 2.5% 내지 약 5%의 중량 또는 부피이다. 특정 구현예에서, 도전제의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 0.5%, 약 0.75%, 약 1%, 약 1.25%, 약 1.5%, 약 1.75%, 약 2%, 약 2.25%, 약 2.5%, 약 2.75% 또는 약 3%의 중량 또는 부피이다.
특정 구현예에서, 바인더 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 0.5% 내지 약 5%, 약 0.5% 내지 약 2.5%, 약 1% 내지 약 5%, 약 1% 내지 약 4%, 약 1% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 2%, 약 1.5% 내지 약 3%, 약 1.5% 내지 약 2%, 약 2.5% 내지 약 5%, 약 2.5% 내지 약 4%, 약 2.5% 내지 약 3%, 약 3.5% 내지 약 8%, 약 3.5% 내지 약 7%, 약 3.5% 내지 약 6%, 약 3.5% 내지 약 5%, 약 3.7% 내지 약 7.5%, 약 5% 내지 약 10%, 약 7.5% 내지 약 12.5%, 약 10% 내지 약 20%, 또는 약 17.5% 내지 약 25%의 중량 또는 부피이다. 일부 구현예에서, 바인더 물질의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 0.5%, 약 0.75%, 약 1%, 약 1.25%, 약 1.5%, 약 1.75%, 약 2%, 약 2.25%, 약 2.5%, 약 2.75%, 약 3%, 약 3.5%, 약 4%, 약 4.5%, 또는 약 5%의 중량 또는 부피이다.
애노드 활성 물질과, 도전제 및 바인더 물질과 같은 보조 물질을 용매에 혼합하여 슬러리를 제조한다. 상기 혼합 공정은 애노드 활성 물질, 도전제 및 바인더 물질을 용매에 균일하게 분산시키는 것을 목적으로 한다.
슬러리에 사용되는 용매로 어떠한 극성 유기 용매라도 사용될 수 있다. 유전 상수가 15 초과, 20 초과, 25 초과, 30 초과, 35 초과, 40 초과, 또는 45를 초과하는 모든 극성 양성자성 또는 극성 비양성자성 유기 용매가 상기 극성 유기 용매가 될 수 있다. 극성 양성자성 유기 용매의 예로 벤질 알코올, 에틸렌글리콜, n-부탄올, 이소프로판올, n-프로판올, 에탄올 및 메탄올이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 극성 비양성자성 유기 용매의 예로 케톤 용매, 아세테이트 용매, 프로피오네이트 에스테르와 같은 에스테르 용매, 카보네이트 용매가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 케톤 용매의 예는 메틸 프로필 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 에틸 프로필 케톤, 디이소부틸 케톤, 아세토페논, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 및 아세톤 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 아세테이트 용매의 예는 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 프로피오네이트 에스테르의 예로 n-부틸 프로피오네이트, n-펜틸 프로피오네이트 및 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 프로피오네이트가 있으나 이에 한정 되는 것은 아니다. 카보네이트 용매의 예는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 극성 비양성자성 유기 용매의 다른 예는 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴 및 디메틸 설폭사이드를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 슬러리에 사용되는 용매는 극성 양성자성 용매, 극성 비양성자성 용매 또는 이들의 조합을 포함한다.
슬러리를 제조하기 위해 수성 용매가 또한 사용될 수 있다. 휘발성 유기화합물의 배출을 줄이고, 처리 효율을 높이기 위해 수계 공정(aqueous-based process)로 전환하는 것이 바람직할 수 있다. 특정 구현예에서, 슬러리에 사용되는 용매는 주성분으로 물을 함유하고, 물 이외의 부성분으로 알코올, 저지방족 케톤, 저알킬 아세테이트 등과 같은 휘발성 용매를 함유하는 용액이다. 일부 구현예에서, 물의 양은, 물과 물이 아닌 용매의 총량의, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상이다. 특정 구현예에서, 물의 양은, 물과 물이 아닌 용매의 총량의, 55% 이하, 60% 이하, 65% 이하, 70% 이하, 75% 이하, 80% 이하, 85% 이하, 90% 이하, 95% 이하이다. 일부 구현예에서, 용매는 물로만 구성되며, 즉 용매 중 물의 비율은 100 부피%이다.
부성분으로 어떠한 수혼화성(water-miscible) 용매도 사용될 수 있다. 부성분(즉, 물 이외의 용매)의 예는 알코올, 저지방족 케톤, 저알킬 아세테이트 및 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 알코올의 예는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, 부탄올 및 이들의 조합과 같은 C1-C4 알코올을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 저지방족 케톤의 예는 아세톤, 디메틸 케톤 및 메틸 에틸 케톤을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 저알킬 아세테이트의 예는 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트 및 프로필 아세테이트를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 구현예에서, 휘발성 용매 또는 부성분은 메틸 에틸 케톤, 에탄올, 에틸 아세테이트 또는 이들의 조합이다.
특정 구현예에서, 용매는 물과 하나 이상의 수혼화성 부성분의 혼합물이다. 일부 구현예에서, 용매는 물과 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, t-부탄올, n-부탄올 및 이들의 조합으로부터 선택된 부성분의 혼합물이다. 특정 구현예에서, 물과 부성분의 부피비율은 약 51:49 내지 약 100:1이다.
일부 구현예에서, 용매는 물이다. 슬러리의 조성에 어떠한 유기 용매도 포함되지 않기 때문에, 슬러리 제조시 고가의 제한적이고 복잡한 유기 용매 처리를 하지 않아도 된다. 물의 예는 수돗물, 생수, 정제수, 순수, 증류수, 탈이온수, D2O 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 용매는 탈이온수이다.
특정 구현예에서, 용매는 휘발성 용매, 비휘발성 용매 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 용매는 n-부탄올, 이소프로판올, n-프로판올, 에탄올 및 메탄올로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알코올과 NMP의 혼합물을 포함한다. 추가적인 구현예에서, 용매는 NMP와 에탄올의 혼합물, 또는 NMP와 이소프로판올의 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 용매는 메틸 프로필 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 에틸 프로필 케톤, 디이소부틸 케톤, 아세토페논 및 아세톤으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 케톤과 NMP의 혼합물을 포함한다. 추가적인 구현예에서, 용매는 NMP와 아세톤의 혼합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 용매는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트 및 메틸 프로필 카보네이트로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 카보네이트 용매와 NMP의 혼합물을 포함한다. 추가적인 구현예에서, 용매는 NMP와 디메틸 카보네이트의 혼합물을 포함한다. 다른 구현예에서, 용매는 NMP와 물의 혼합물, 물과 에탄올의 혼합물 또는 물과 디메틸 카보네이트의 혼합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 휘발성 용매는, 슬러리에 빠른 건조 특성을 제공하는 주성분이다. 일부 구현예에서, 휘발성 용매와 비휘발성 용매의 부피비는 약 51:49 내지 약 100:1이다.
높은 증기압을 갖는 용매를 갖는 슬러리는 보다 높은 속도로 건조될 수 있다. 일부 구현예에서, 약 60℃ 내지 90℃의 온도에서 용매의 증기압은 독립적으로 약 0.01kPa 내지 약 200kPa, 약 0.01kPa 내지 약 150kPa, 약 0.01kPa 내지 약 100kPa, 약 0.1kPa 내지 약 200kPa, 약 0.1kPa 내지 약 150kPa, 약 0.1kPa 내지 약 100kPa, 약 0.3kPa 내지 약 200kPa, 약 0.3kPa 내지 약 150kPa, 약 0.3kPa 내지 약 100kPa, 약 0.3kPa 내지 약 80kPa, 약 0.3kPa 내지 약 60kPa, 약 0.3kPa 내지 약 40kPa, 약 0.3kPa 내지 약 20kPa, 약 10kPa 내지 약 200kPa, 약 10kPa 내지 약 150kPa, 약 10kPa 내지 약 100kPa, 약 10kPa 내지 약 80kPa, 약 10kPa 내지 약 60kPa, 또는 약 10kPa 내지 약 40kPa이다.
특정 구현예에서, 약 60℃ 내지 90℃의 온도에서 용매의 증기압은 독립적으로 200kPa 미만, 150kPa 미만, 100kPa 미만, 90kPa 미만, 80kPa 미만, 70kPa 미만, 60kPa 미만, 50kPa 미만, 40kPa 미만, 30kPa 미만, 20kPa 미만, 10kPa 미만, 5kPa 미만, 1kPa 미만, 0.5kPa 미만, 0.3kPa 미만 또는 0.1kPa 미만이다. 일부 구현예에서, 약 60℃ 내지 90℃의 온도에서 용매의 증기압은 독립적으로 0.01kPa 이상, 0.05kPa 이상, 0.1kPa 이상, 0.5kPa 이상, 1kPa 이상, 5kPa 이상, 10kPa 이상, 20kPa 이상, 30kPa 이상, 40kPa 이상, 50kPa 이상, 60kPa 이상, 70kPa 이상, 80kPa 이상, 90kPa 이상, 100kPa 이상, 150kPa 또는 200kPa 이상이다.
끓는점이 낮은 용매를 갖는 슬러리는 보다 빠른 속도로 건조될 수 있다. 일부 구현예에서, 용매의 끓는점은 약 40℃ 내지 약 250℃, 약 40℃ 내지 약 200℃, 약 40℃ 내지 약 150℃, 약 40℃ 내지 약 100℃, 약 40℃ 내지 약 90℃, 약 40℃ 내지 약 80℃, 약 40℃ 내지 약 70℃, 약 40℃ 내지 약 60℃, 약 60℃ 내지 약 100℃, 약 60℃ 내지 약 90℃, 약 60℃ 내지 약 80℃, 약 60℃ 내지 약 70℃의 온도이다. 특정 구현예에서, 용매의 끓는점은 250℃ 미만, 200℃ 미만, 150℃ 미만, 100℃ 미만, 90℃ 미만, 80℃ 미만, 70℃ 미만, 60℃ 미만 또는 50℃ 미만이다. 일부 구현예에서, 용매의 끓는점은 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 100℃ 이상, 150℃ 이상 또는 200℃ 이상이다.
일부 구현예에서, 용매의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 20% 내지 약 80%, 약 20% 내지 약 70%, 약 20% 내지 약 60%, 약 20% 내지 약 50%, 약 20% 내지 약 40%, 약 30% 내지 50%, 약 30% 내지 약 40%, 약 40% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 60%, 약 40% 내지 약 50%, 약 50% 내지 약 80%, 약 50% 내지 약 70%, 약 50% 내지 약 60%, 약 25% 내지 약 60%, 약 25% 내지 약 50%, 약 25% 내지 약 45%, 약 45% 내지 약 60%, 약 45% 내지 약 55%, 또는 약 45% 내지 약 50%의 중량 또는 부피이다.
특정 구현예에서, 용매의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 80% 미만, 70% 미만, 60% 미만, 55% 미만, 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 30% 미만, 25% 미만 또는 20%의 미만의 중량 또는 부피이다. 일부 구현예에서, 용매의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상의 중량 또는 부피이다. 특정 구현예에서, 용매의 양은, 슬러리의 총 중량 또는 총 부피를 기준으로, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59% 또는 약 60%의 중량 또는 부피이다.
일부 구현예에서, 용매의 중량 백분율은 애노드 활성 물질, 도전제 및 바인더 물질의 중량 백분율의 총합보다 높다. 특정 구현예에서, 용매의 중량 백분율은 애노드 활성 물질, 도전제 및 바인더 물질의 중량 백분율의 총합보다 작다. 일부 구현예에서, 용매의 중량 백분율은 애노드 활성 물질, 도전제 및 바인더 물질의 중량 백분율의 총합과 같다.
특정 구현예에서, 애노드 활성물질의 중량 백분율은 도전제의 중량 백분율보다 크다. 일부 구현예에서, 슬러리 내 도전제의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성물질의 중량 백분율의 비는 약 1 내지 약 100, 약 1 내지 약 80, 약 1 내지 약 60, 약 1 내지 약 50, 약 10 내지 약 50, 약 10 내지 약 40, 약 10 내지 약 35, 약 10 내지 약 30, 약 10 내지 약 25, 약 10 내지 약 20, 약 20 내지 약 60, 약 20 내지 약 50, 약 20 내지 약 45, 약 20 내지 약 40, 약 30 내지 약 50, 약 30 내지 약 40, 약 40 내지 약 60, 약 40 내지 약 50, 약 20 내지 약 30, 또는 약 20 내지 약 25이다. 일부 구현예에서, 슬러리 내 도전제의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성물질의 중량 백분율의 비는 100 미만, 80 미만, 60 미만, 50 미만, 45 미만, 40 미만, 35 미만, 30 미만, 25 미만, 20 미만 또는 10 미만이다. 특정 구현예에서, 슬러리 내 도전제의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성물질의 중량 백분율의 비는 1 이상, 10 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 50 이상, 55 이상, 60 이상 또는 80 이상이다. 일부 구현예에서, 슬러리 내 도전제의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성물질의 중량 백분율의 비는 약 15, 약 16, 약 17, 약 18, 약 19, 약 20, 약 21, 약 22, 약 23, 약 24, 약 25, 약 26, 약 27, 약 28, 약 29 또는 약 30이다.
특정 구현예에서, 애노드 활성 물질의 중량 백분율은 바인더 물질의 중량 백분율보다 높다. 일부 구현예에서, 슬러리 내 바인더 물질의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성 물질의 중량 백분율의 비는 약 1 내지 약 100, 약 1 내지 약 80, 약 1 내지 약 60, 약 1 내지 약 50, 약 5 내지 약 50, 약 5 내지 약 45, 약 5 내지 약 40, 약 5 내지 약 35, 약 5 내지 약 30, 약 5 내지 약 25, 약 5 내지 약 20, 약 5 내지 약 15, 약 15 내지 약 50, 약 15 내지 약 40, 약 15 내지 약 35, 약 15 내지 약 30, 약 15 내지 약 25, 또는 약 15 내지 약 20이다. 특정 구현예에서, 슬러리 내 바인더 물질의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성 물질의 중량 백분율의 비는 100 미만, 80 미만, 60 미만, 50 미만, 45 미만, 40 미만, 35 미만, 30 미만, 25 미만, 20 미만, 15 미만, 또는 10 미만이다. 일부 구현예에서, 슬러리 내 바인더 물질의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성 물질의 중량 백분율의 비는 5 이상, 10 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상 또는 80 이상이다. 특정 구현예에서, 슬러리 내 바인더 물질의 중량 백분율에 대한 슬러리 내 애노드 활성 물질의 중량 백분율의 비는 약 15, 약 16, 약 17, 약 18, 약 19, 약 20, 약 21, 약 22, 약 23, 약 24, 약 25, 약 26, 약 27, 약 28, 약 29, 약 30, 약 31, 약 32, 약 33, 약 34, 약 35, 약 36, 약 37, 약 38, 약 39 또는 약 40이다.
일부 구현예에서, 바인더 물질의 중량 백분율이 도전제의 중량 백분율보다 크다. 특정 구현예에서, 바인더 물질의 중량 백분율이 도전제의 중량 백분율보다 작다. 일부 구현예에서, 바인더 물질의 중량 백분율과 도전제의 중량 백분율이 같다. 특정 구현예에서, 도전제의 중량 백분율에 대한 바인더 물질의 중량 백분율의 비는 약 0.1 내지 약 5, 약 0.5 내지 약 4.5, 약 0.5 내지 약 4, 약 0.5 내지 약 3.5, 약 0.5 내지 약 3, 약 0.5 내지 약 2.5, 약 0.5 내지 약 2, 약 0.5 내지 약 1.5, 약 0.5 내지 약 1, 약 1 내지 약 5, 약 1 내지 약 4, 약 1 내지 약 3, 약 1 내지 약 2, 또는 약 1 내지 약 1.5이다. 일부 구현예에서, 도전제의 중량 백분율에 대한 바인더 물질의 중량 백분율의 비는 5 미만, 4.5 미만, 4 미만, 3.5 미만, 3 미만, 2.5 미만, 2 미만, 1.5 미만, 1 미만 또는 0.5 미만이다. 특정 구현예에서, 도전제의 중량 백분율에 대한 바인더 물질의 중량 백분율의 비는 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상이다.
일반적으로, 애노드 활성 물질, 도전제 및 바인더 물질을 함유하는 입자의 현탁액을 지지체 상에 코팅하고, 현탁액을 박막 형태로 건조시킴으로써 전극 코팅층을 제조한다. 일반적으로 애노드 슬러리를 최대한 빨리 건조하는 것이 바람직하다. 이는 코팅 시스템의 생산성을 향상시켜 전체 처리 시간을 단축시킨다. 일반적으로 애노드 슬러리는 애노드 활성 물질을 주성분으로 한다. 속건성(rapid-dry) 슬러리를 제조하는 한 가지 방법은 입자 크기가 큰 애노드 활성 물질을 사용하는 것이다. 입자 크기 분포는 애노드 활성 물질의 비표면적을 결정하는데 중대한 역할을 한다. 표면적이 커지면 용매와의 상호 작용이 커져서, 건조가 느려진다.
입자의 이봉형 분포(bimodal distribution)는 패킹 효율을 향상시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질은 제 1분포의 피크의 입자 크기보다 큰 제 2분포의 피크의 입자 크기를 갖는 2가지 크기 분포의 입자의 혼합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 이봉형 분포의 제 1피크는 약 약 5㎛ 내지 약 20㎛ 일 수 있고, 이봉형 분포의 제 2 피크는 약 20㎛ 내지 약 40㎛ 일 수있다. 일부 구현예에서, 애노드 활성 물질의 입자 크기 분포는 약 10㎛에서 제 1피크, 약 25㎛에서 제 2피크를 갖는 이봉형이다. 작은 입자가 큰 입자 사이의 틈새를 채울 때, 패킹 밀도가 증가한다.
특정 구현예에서, 분포의 두 피크에서의 직경 사이의 차이는 80% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 또는 35% 이하이다.
일부 구현예에서, 제 1분포의 피크의 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질에 대한 제 2분포의 피크의 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질의 중량비는 3:1 내지 5:1이다. 특정 구현예에서, 제 1분포의 피크의 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질에 대한 제 2분포의 피크의 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질의 중량비는 5:1, 4:1 또는 3:1이다.
슬러리 내 응집된 입자 또는 슬러리 내 성분들의 불균일한 분포가 코팅과 건조 작업에 영향을 미칠 수 있고 최종적으로 전지의 성능 및 품질에 영향을 미치기 때문에 슬러리의 빈틈없는 혼합이 중요하다. 슬러리는 균질기에 의해 균질화될 수 있다. 균질화 단계는 애노드 활성 물질 및 도전제의 잠재적인 응집을 감소 또는 제거하고, 슬러리 내 각 성분의 분산을 향상시킨다. 슬러리를 균질화시킬 수 있는 모든 장비가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 균질기는 교반 혼합기(stirring mixers), 블렌더(blenders), 밀(mills), 초음파 분쇄기(ultrasonicators), 회전자 - 고정자 균질기(rotor-stator homogenizers) 또는 고압 균질기(high pressure homogenizers)이다.
일부 구현예에서, 균질기는 초음파 분쇄기(ultrasonicator)이다. 초음파 에너지로 샘플을 교반 및 분산시킬 수 있는 모든 초음파 분쇄기가 본 발명에 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 초음파 분쇄기는 프로브형(probe-type) 초음파 파쇄기 또는 초음파 플로우 셀(ultrasonic flow cell)이다.
균질화 이후에, 균일한 슬러리를 얻는다. 슬러리의 점도는 최종 코팅의 품질에 영향을 미친다. 슬러리의 점도가 너무 높으면, 불균일한 코팅이 형성될 수 있다. 또한, 슬러리의 점도가 너무 낮으면, 만족스러운 막을 얻기 어렵다.
용매가 응집체 내에 트랩(trap)될 수 있으며, 이 경우 용매의 증발이 더욱 어려워지기 때문에, 입자의 응집은 슬러리의 건조 시간을 증가시킨다. 보다 큰 애노드 활성 물질을 사용하면 입자 응집의 발생이 감소된다.
일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 pH는 약 7 내지 약 10, 약 7 내지 약 9.5, 약 7 내지 약 9, 약 7 내지 약 8.5, 약 7 내지 약 8, 약 7 내지 약 7.5, 약 7 내지 약 7.3, 약 7.2 내지 약 9, 약 7.7 내지 약 9, 약 7.5 내지 약 10, 약 7.5 내지 약 9, 약 7.5 내지 약 8, 약 7.3 내지 약 8.5, 약 7.5 내지 약 8.5, 약 8 내지 약 11, 약 8 내지 약 10.5, 약 8 내지 약 10, 약 8 내지 약 9.5, 약 8 내지 약 9, 약 8 내지 약 8.5, 또는 약 9 내지 약 10이다. 특정 구현예에서, 애노드 슬러리의 pH는 12 미만, 11.5 미만, 11 미만, 10.5 미만, 10 미만, 9.5 미만, 9 미만, 8.5 미만, 8 미만, 7.9 미만, 7.8 미만, 7.7 미만, 7.6 미만, 7.5 미만, 7.4 미만, 7.3 미만, 7.2 미만, 7.1 미만 또는 7 미만이다. 일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 pH는 7 이상, 7.1 이상, 7.2 이상, 7.3 이상, 7.4 이상, 7.5 이상, 7.6 이상, 7.7 이상, 7.8 이상, 7.9 이상, 8 이상, 8.5 이상, 9 이상, 9.5 이상 또는 10 이상이다. 특정 구현예에서, 애노드 슬러리의 pH는 약 7, 약 7.5, 약 8, 약 8.5, 약 9, 약 9.5 또는 약 10이다.
일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 점도는 약 500mPa·s 내지 약 6,000mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 5,500mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 5,000mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 4,500mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 4,000mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 3,500mPa·s, 약 500mPa·s 내지 약 3,000mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 6,000mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 5,500mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 5,000mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 4,500mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 4,000mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 3,500mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 3,000mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 2,500mPa·s, 약 1,000mPa·s 내지 약 2,000mPa·s, 약 1,500mPa·s 내지 약 4,000mPa·s, 약 1,500mPa·s 내지 약 3,500mPa·s, 약 1,500mPa·s 내지 약 3,000mPa·s, 약 2,000mPa·s 내지 약 4,000mPa·s, 약 2,000mPa·s 내지 약 3,500mPa·s, 또는 약 2,000mPa·s 내지 약 3,000mPa·s이다.
특정 구현예에서, 애노드 슬러리의 점도는 6,000mPa·s 미만, 5,500mPa·s 미만, 5,000mPa·s 미만, 4500mPa·s 미만, 4,000mPa·s 미만, 3500mPa·s 미만, 3000mPa·s 미만, 2,500mPa·s 미만, 2,000mPa·s 미만 또는 1,000mPa·s 미만이다. 일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 점도는 1,000mPa·s 초과, 1,500mPa·s 초과, 2,000mPa·s 초과, 2,500mPa·s 초과, 3,000mPa·s 초과, 3,500mPa·s 초과, 4,000 mPa·s 초과, 4,500mPa·s 초과, 5,000mPa·s 초과 또는 5,500mPa·s 초과이다.
슬러리 중의 고형분의 양이 적으면, 슬러리 내 용매의 양이 많기 때문에 건조 시간이 길어진다. 일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 고형분은, 애노드 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 20 중량% 내지 약 80 중량%, 약 20 중량% 내지 약 70 중량%, 약 20 중량% 내지 약 60 중량%, 약 20 중량% 내지 약 50 중량%, 약 20 중량% 내지 40 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 60 중량%, 30 중량% 내지 50 중량%, 30 중량% 내지 40 중량%, 40 중량% 내지 70 중량%, 약 40 중량% 내지 약 60 중량%, 약 40 중량% 내지 약 50 중량%, 약 25 중량% 내지 약 60 중량%, 약 35 중량% 내지 약 60 중량% 또는 약 45 중량% 내지 약 60 중량%이다.
특정 구현예에서, 애노드 슬러리의 고형분은, 애노드 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 80 중량% 미만, 70 중량% 미만, 60 중량% 미만, 55 중량% 미만, 50 중량% 미만, 45 중량% 미만, 40 중량% 미만, 35 중량% 미만, 30 중량% 미만, 또는 25 중량% 미만이다. 일부 구현예에서, 애노드 슬러리의 고형분은, 애노드 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상이다. 특정 구현예에서, 애노드 슬러리의 고형분은, 애노드 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59% 또는 약 60%이다.
균질화된 슬러리를 집전체 상에 도포하여 집전체 상에 코팅된 막을 형성할 수 있다. 집전체는 활성 전지 전극 물질의 전기화학 반응에 의해 발생한 전자를 수집하거나, 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 한다. 일부 구현예에서, 호일, 시트 또는 막 형태일 수 있는 양극 및 음극의 집전체 각각은 독립적으로 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈, 알루미늄, 구리 또는 전기전도성 수지이다. 특정 구현예에서, 양극의 집전체는 알루미늄 박막이다. 일부 구현예에서, 음극의 집전체는 구리박막이다. 특정 구현예에서, 집전체의 표면이 전처리(pre-treated)되지 않는다.
일부 구현예에서, 집전체는 두께가 약 6㎛ 내지 약 100㎛인데, 그 이유는 두께가 전지 내의 집전체에 의해 점유되는 부피 및 활성 전지 전극 물질의 양에 영향을 미치기 때문에, 따라서 전지의 용량에 영향을 미치기 때문이다.
특정 구현예에서, 코팅 처리는 닥터 블레이드 코터, 슬롯-다이(slot-die) 코터, 트랜스퍼 코터, 스프레이 코터, 롤 코터, 딥(dip) 코터 또는 커튼 코터를 사용하여 수행된다. 일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막의 두께는 약 10㎛ 내지 약 300㎛, 또는 약 20㎛ 내지 약 100㎛이다.
균질화된 슬러리를 집전체 상에 도포한 후, 집전체 상에 코팅된 막을 건조기로 건조시켜 전지 전극을 얻을 수 있다. 집전체 상에 코팅된 막을 건조시킬 수 있는 모든 건조기가 사용될 수 있다. 건조기의 예로 일괄 건조 오븐(batch drying oven), 상자형 건조 오븐(box-type drying oven), 핫 플레이트(hot plate), 컨베이어 건조 오븐(conveyor drying oven) 및 마이크로웨이브 건조 오븐(microwave drying oven)이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 컨베이어 건조 오븐의 예는 컨베이어 온풍 건조 오븐(conveyor hot air drying oven), 컨베이어 저항 건조 오븐(conveyor resistance drying oven), 컨베이어 유도식 건조 오븐(conveyor inductive drying oven) 및 컨베이어 마이크로웨이브 건조 오븐(conveyor microwave drying oven)을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막을 건조시키는 컨베이어 건조 오븐은 하나 이상의 가열부를 포함하고, 각각의 가열부는 개별적으로 온도가 제어되며, 독립적으로 제어되는 가열 구역을 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 컨베이어 건조 오븐은 컨베이어의 일측 상에 위치한 제 1 가열 섹션과, 제 1 가열 섹션으로부터 컨베이어의 반대측에 위치한 제 2 가열 섹션을 포함하며, 제 1 및 제 2 가열 섹션 각각은 독립적으로 하나 이상의 가열 요소(heating element)를 포함하고, 제 1 가열 섹션 및 제 2 가열 섹션의 가열 요소에 연결되어 각 가열 섹션의 온도를 모니터하고 선택적으로 제어하는 온도 제어 시스템도 포함한다.
일부 구현예에서, 애노드 슬러리는 150℃ 미만의 끓는점을 갖는 하나 이상의 용매를 포함한다. 용매의 선택 및 양은 경화 조건에 영향을 미친다. 끓는점이 낮은 용매를 선택하면 저온 건조가 빨라진다. 보다 낮은 온도로 애노드 전극층의 균열 또는 취화(embrittlement)를 피할 수 있다. 일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막은 약 45℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 100℃, 약 55℃ 내지 약 100℃, 약 50℃ 내지 약 90℃, 약 50℃ 내지 약 80℃, 약 55℃ 내지 약 80℃, 약 55℃ 내지 약 75℃, 약 55℃ 내지 약 70℃, 약 50℃ 내지 약 80℃, 약 50℃ 내지 약 70℃, 약 60℃ 내지 약 100℃, 약 60℃ 내지 약 90℃, 약 60℃ 내지 약 80℃, 약 45℃ 내지 약 90℃, 약 45℃ 내지 약 80℃, 또는 약 45℃ 내지 약 70℃의 온도에서 건조될 수 있다. 특정 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막은 100℃ 미만, 95℃ 미만, 90℃ 미만, 85℃ 미만, 80℃ 미만, 75℃ 미만, 70℃ 미만, 65℃ 미만, 60℃ 미만, 55℃ 미만, 50℃ 미만, 45℃ 미만 또는 40℃ 미만의 온도에서 건조될 수 있다. 일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막은 40℃ 초과, 45℃ 초과, 50℃ 초과, 55℃ 초과, 60℃ 초과, 65℃ 초과, 70℃ 초과, 75℃ 초과, 80℃ 초과, 85℃ 초과, 또는 90℃를 초과하는 온도에서 건조될 수 있다.
코팅된 막이 바람이 많이 부는 조건하에서 건조되면, 불균일한 슬러리 분포가 유발되어 코팅된 전극의 품질에 영향이 미칠 수 있기 때문에, 코팅된 막은 바람이 많이 부는 조건하에서 건조되어서는 안된다. 일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막은 정체 공기(still air) 조건하에서 건조될 수 있다. 특정 구현예에서, 0.2m/s ~ 1m/s의 풍속, 또는 0.2m/s ~ 0.7m/s의 풍속의 환경 하에서 집전체의 코팅된 막이 건조될 수 있다. 추가적인 구현예에서, 풍속이 0.7m/s 미만, 0.5m/s 미만, 0.4m/s 미만, 0.3m/s 미만, 0.2m/s 미만, 또는 0.1m/s 미만이다. 특정 구현예에서, 풍속은 0m/s이다.
낮거나 보통의 습도에서 건조하게 되면, 용매가 코팅으로부터 빠르게 증발하기 때문에, 더 낮은 온도에서도 빠른 건조가 가능하게 된다. 일부 구현예에서, 집전체 상에 코팅된 막은 상대 습도가 0% 내지 60%, 10% 내지 50%, 20% 내지 50%, 20% 내지 40%, 25% 내지 40%, 15% 내지 50%, 15% 내지 40%, 15% 내지 30%, 15% 내지 25%, 또는 20% 내지 30%의 환경에서 건조될 수 있다. 특정 구현예에서, 상대 습도가 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 30% 미만, 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만 또는 10% 미만이다.
본 명세서에 개시된 애노드 슬러리는 단시간에 건조될 수 있다. 일부 구현예에서, 코팅된 막은 약 1분 내지 약 15분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 8분, 약 1분 내지 약 5분, 약 1분 내지 약 4분, 약 1분 내지 약 3분, 약 1분 내지 약 2분, 약 1.5분 내지 약 5분, 약 1.5분 내지 약 4분, 약 1.5분 내지 약 3분, 약 2분 내지 약 10분, 약 2분 내지 약 5분, 약 2분 내지 약 4분, 약 2분 내지 약 3분, 약 3분 내지 약 5분, 약 3분 내지 약 4분, 약 4분 내지 약 5분, 약 2.5분 내지 약 5분, 약 2.5분 내지 약 4분, 또는 약 3.5분 내지 약 5분 동안 건조될 수 있다. 특정 구현예에서, 코팅된 막은 12시간 미만, 8시간 미만, 4시간 미만, 2시간 미만, 1시간 미만, 45분 미만, 30분 미만, 15분 미만, 13분 미만, 10분 미만, 9분 미만, 8분 미만, 7분 미만, 6분 미만, 5분 미만, 4.5분 미만, 4분 미만, 3.5분 미만, 3분 미만, 2.5분 미만, 2분 미만, 또는 1.5분 미만에서 건조될 수 있다. 건조 속도가 너무 느리다면, 제조 효율이 저하된다.
건조되면, 코팅된 막으로부터 용매가 제거된 상태가 된다. 소정의 시간 동안 건조된 코팅된 전극과 연장된 시간 동안 건조된 코팅된 전극의 질량을 비교(comparison)한 것이 건조 정도를 측정하는데 사용된다. 소정의 시간 동안 건조된 코팅된 전극에 대한 연장된 건조 시간 동안 제거될 수 있는 용매의 양은, 소정 시간 동안의 건조를 포함하는 코팅된 전극의 총 중량을 기준으로 2 중량% 미만이다.
집전체 상에 코팅된 막이 건조된 후, 전지 전극이 형성된다. 일부 구현예에서, 전극의 밀도를 향상시키기 위해 전지 전극이 기계적으로 압축된다.
다른 측면에서, 본 발명은 캐소드, 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이에 삽입된 세퍼레이터를 포함하는 리튬이온 전지를 구비하며, 여기서 하나 이상의 애노드가 본 명세서에 개시된 방법에 의해 제조된다.
다음의 실시예는 본 발명의 구현예를 예시하기 위해 제공되지만, 본 발명을 기재된 특정 구현예로 제한하려는 것은 아니다. 달리 지시하지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다. 모든 수치는 근사값이다. 수치범위가 주어질 때, 언급된 범위를 벗어나는 구현예가 여전히 본 발명의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 각 실시예에 기재된 특정 세부사항은 본 발명의 필수적인 특징으로 해석되어서는 안된다.
실시예
풍속은 상업적으로 이용 가능한 풍속계를 사용하여 코팅 막의 상부 표면으로부터 1cm 위의 위치에서 측정하였다.
입자 크기는 MicroBrook 2000LD 입자 크기 분석기(미국, Brookhaven Instruments Cooperation)를 사용하여 분석했다.
슬러리 점도는 NDJ-5S 점도계(중국, Shanghai Hengping Scientific Instrument Co.)로 측정하였다.
실시예 1
A) 음극 슬러리의 제조
미립자 흑연 애노드 활성 물질(AGP-1)(중국, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong)은 약 19㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 90 중량%의 흑연 애노드 활성 물질(graphite anode active material), 5 중량%의 카본 블랙 및 5 중량%의 폴리 아크릴로니트릴을, 고형분이 50 중량%인 슬러리가 형성되도록 50 중량%의 탈이온수와 50 중량%의 아세톤(순도 99%, 미국, sigma-Aldrich)을 함유하는 혼합된 용매 내에서 혼합하여, 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 유성식 교반 혼합기(planetary stirring mixer)로 균질화하였다. 음극 슬러리의 점도는 985mPa·s이었다.
B) 음극의 제조
100㎛의 갭 폭(gap width)을 갖는 트랜스퍼 코터(ZY-TSF6-6518, 중국, Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd.)를 사용하여, 9㎛의 두께의 구리 호일의 양면상에 슬러리를 코팅하였다. 약 3분 동안 75℃의 온도에서, 약 8미터/분의 컨베이어 속도로 작동되는 24미터 길이의 컨베이어 열풍 건조 오븐(TH-1A, 중국, Nanjing Tonghao Drying Equipment Co. Ltd.)으로 구리 호일상에 코팅된 막을 건조시켜, 음극을 얻었다. 건조 오븐 내부에서 0.1m/s 내지 0.4m/s의 풍속이 감지되었다. 오븐 내부의 습도는 20-40%였다.
C) 양극 슬러리의 제조
92 중량%의 LiMn2O4 캐소드 활성 물질(중국, HuaGuan HengYuan LiTech Co. Ltd., Qingdao), 도전제로서 4 중량%의 카본 블랙(SuperP, 스위스, Timcal Ltd, Bodio) 및 결합제로서 4 중량%의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF; Solef® 5130, 벨기에, Solvay S.A.)를, 50 중량%의 고형분(solid content)을 갖는 슬러리가 형성되도록 50 중량%의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP; 99% 이상의 순도, 미국, Sigma-Aldrich) 및 50 중량%의 아세톤(99% 이상의 순도, 미국, Sigma-Aldrich)이 혼합된 용액에 분산시켜, 양극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 유성식 교반 혼합기로 균질화하였다.
D) 양극의 제조
100μm의 갭 폭을 갖는 닥터 블레이드 코터(doctor blade coater)를 이용하여, 집전체로서 20㎛의 두께를 갖는 알루미늄 호일의 단면에 균질화된 슬러리를 코팅하였다. 약 8미터/분의 컨베이어 속도, 85 oC의 온도에서, 전기 가열식 컨베이어 오븐으로 알루미늄 호일상에 코팅된 막을 건조하였다. 건조 시간은 약 3분이었다.
E) 파우치 타입의 전지 조립
건조 후, 실시예 1에서 생성된 캐소드 막 및 실시예 1에서 생성된 애노드 막을 각각의 전극 판(electrode plate)으로 절단하여 캐소드 및 애노드를 각각 제조하였다. 캐소드 전극 판 및 애노드 전극 판을 교대로 적층한 다음, 알루미늄-플라스틱로 라미네이트된 막으로 만들어진 케이스에 이를 패키징(packaging)하여 파우치 셀을 조립하였다. 캐소드 및 애노드 전극판은 세퍼레이터에 의해 이격되어 유지되고 케이스는 미리 형성하였다. 수분 및 산소 함량이 1 중량ppm 미만인 고순도 아르곤 분위기에서, 패킹된 전극이 들어있는 케이스에 전해질을 채웠다. 전해질은 에틸렌 카보네이트(EC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC) 및 디메틸 카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합물 중 LiPF6(1M) 용액이었다. 전해질 충전 후, 파우치 셀을 진공 밀봉한 후 정사각형 형태의 펀치 툴링(punch tooling)을 사용하여 기계적으로 가압하였다.
실시예 1의 전기화학적 측정
I) 공칭 용량(Nominal capacity)
셀은 3.0V ~ 4.2V 사이의 전지 테스터상에서 25℃에서 C/2의 전류 밀도의 정전류 방식(galvanostatical)으로 테스트되었다. 공칭 용량은 약 9.8Ah이었다.
II) 사이클 성능(Cyclability performance)
파우치 셀의 사이클 성능은 3.0V ~ 4.2V 사이에서 1C의 일정한 전류 속도로 충전 및 방전함으로써 테스트되었다. 사이클 성능의 테스트 결과는 도 1에 도시되어있다. 빠른 건조 능력을 갖는 애노드 슬러리는 코팅 품질에 영향을 미치지 않으면서 처리 효율을 향상시킨다.
실시예 2
A) 음극 슬러리의 제조
미립자 흑연 애노드 활성 물질(YXG-30)(중국, Yanxin Graphite Products Co. Ltd., Qingdao)은 약 30㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 90 중량%의 흑연 애노드 활성 물질, 5 중량%의 카본 블랙 및 5 중량%의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF; Solef® 5130, 벨기에Solvay S.A.)를, 고형분이 50 중량%인 슬러리가 형성되도록 탈이온수에서 혼합하여, 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 유성식 교반 혼합기(planetary stirring mixer)로 균질화하였다. 음극 슬러리의 점도는 1,040mPa·s이었다.
B) 음극의 제조
100㎛의 갭 폭(gap width)을 갖는 트랜스퍼 코터(ZY-TSF6-6518, 중국, Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd.)를 사용하여, 9㎛의 두께의 구리 호일의 양면에 슬러리를 코팅하였다. 약 1.6분 동안 70℃의 온도에서, 약 15미터/분의 컨베이어 속도로 작동되는 24미터 길이의 컨베이어 열풍 건조 오븐(TH-1A, 중국, Nanjing Tonghao Drying Equipment Co. Ltd.)으로 구리 호일상에 코팅된 막을 건조시켜, 음극을 얻었다. 건조 오븐 내부에서 0.3m/s 내지 0.5m/s의 풍속이 감지되었다. 오븐 내부의 습도는 20-40%였다.
실시예 3
A) 음극 슬러리의 제조
미립자 메조카본(mesocarbon) 애노드 활성 물질(CMB-H)(중국, BTR New Energy Materials Inc. Shenzhen)은 약 26㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 93 중량%의 메조카본 애노드 활성 물질(mesocarbon anode active material), 4 중량%의 카본 블랙 및 3 중량%의 수용성 바인더 LA 133(중국, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd.)을, 고형분이 55 중량%인 슬러리가 형성되도록 50 중량%의 탈이온수와 50 중량%의 에탄올(순도 99%, 미국, sigma-Aldrich)을 함유하는 혼합 용매 내에서 혼합하여, 음극슬러리를 제조하였다. 슬러리를 유성식 교반 혼합기(planetary stirring mixer)로 균질화하였다. 음극 슬러리의 점도는 850mPa·s이었다.
B) 음극의 제조
100㎛의 갭 폭(gap width)을 갖는 트랜스퍼 코터(ZY-TSF6-6518, 중국, Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd.)를 사용하여, 9㎛의 두께의 구리 호일의 양면에 슬러리를 코팅하였다. 약 2.4분 동안 85℃의 온도에서, 약 10미터/분의 컨베이어 속도로 작동되는 24미터 길이의 컨베이어 열풍 건조 오븐(TH-1A, 중국, Nanjing Tonghao Drying Equipment Co. Ltd.)으로 구리 호일상에 코팅된 막을 건조시켜, 음극을 얻었다. 건조 오븐 내부에서 0.2m/s 내지 0.45m/s의 풍속이 감지되었다. 오븐 내부의 습도는 20-40%였다.
실시예 4
A) 음극 슬러리의 제조
미립자 흑연 애노드 활성 물질(model 818)(중국, BTR New Energy Materials Inc. Shenzhen)은 약 17㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 91 중량%의 흑연 애노드 활성 물질, 5 중량%의 카본 블랙 및 4 중량%의 수용성 바인더 LA 133(중국, Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd.)을, 고형분이 50 중량%인 슬러리가 형성되도록 탈이온수 내에서 혼합하여, 음극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 유성식 교반 혼합기(planetary stirring mixer)로 균질화하였다. 음극 슬러리의 점도는 1,250mPa·s이었다.
B) 음극의 제조
100㎛의 갭 폭(gap width)을 갖는 트랜스퍼 코터(ZY-TSF6-6518, 중국, Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co. Ltd.)를 사용하여, 9㎛의 두께의 구리 호일의 양면에 슬러리를 코팅하였다. 약 3.6분 동안 80℃의 온도에서, 약 6.7미터/분의 컨베이어 속도로 작동되는 24미터 길이의 컨베이어 열풍 건조 오븐(TH-1A, 중국, Nanjing Tonghao Drying Equipment Co. Ltd.)으로 구리 호일상에 코팅된 막을 건조시켜, 음극을 얻었다. 건조 오븐 내부에서 0.15m/s 내지 0.4m/s의 풍속이 감지되었다. 오븐 내부의 습도는 20-40%였다.
실시예 5
음극의 제조
실시예 5의 애노드는 표 1 및 표 2에 기재된 상이한 파라미터가 사용된 것을 제외하고는 실시예1에 기재된 방법에 의해 제조되었다.
실시예 2-5의 캐소드의 제조
실시예 2 내지 5의 캐소드는 실시예 1에 기재된 방법에 의해 제조되었다.
실시예 2-5의 파우치 셀의 제조
실시예 2 내지 5의 파우치 셀은 실시예 1에 기재된 방법에 의해 제조되었다.
실시예 2-5의 파우치 셀의 전기화학적 측정
실시예 2 내지 5의 파우치 셀의 전기 화학적 성능은 실시예 1에 기재된 방법으로 수행되었다. 실시예 3 및 4의 사이클 성능의 테스트 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실시예 1 내지 5의 애노드 슬러리의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 실시예 1 내지 5의 코팅된 애노드 막의 건조 조건을 하기 표 2에 나타내었다. 실시예 1 내지 5의 파우치 셀의 전기 화학적 성능을 하기 표 3에 나타내었다.
비교예 1
A) 음극 물질의 제조
미립자 흑연 애노드 활성 물질(AGP-1)(중국, Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong)은 약 19㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 미립자 흑연 애노드 활성 물질을 약 2.5시간 동안 제트 밀(jet mill)(LNJ-6A, 중국, Mianyang Liuneng Powder Equipment Co., Ltd., Sichuan)로 분쇄한 후, 1,250-메쉬 체(1250-mesh sieve)에 통과시켜 약 7㎛의 입자 크기 D50을 갖는 애노드 활성 물질을 얻었다.
B) 음극 슬러리의 제조
비교예 1에 기재된 방법으로 수득된 더 작은 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 음극 슬러리를 제조하였다. 음극 슬러리의 점도는 약 1,100mPa·s이었다.
C) 음극의 제조
비교예 1에 기재된 방법으로 얻어진 음극 재료를 포함하는 음극은, 구리 호일상에 코팅된 막을 85℃에서 건조시키고 건조 시간을 약 5.5분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조되었다.
비교예 1의 음극 슬러리보다 실시예 1의 음극 슬러리가 더 빨리 건조되는 것이 명확하다. 애노드 활성 물질의 입자 크기는, 입자가 작아짐에 따라 부피에 대한 표면적의 비율이 증가하기 때문에 건조 속도에 영향을 미친다. 표면적이 커지면 용매와의 상호작용이 커져서 건조가 느려진다. 따라서, 본 발명의 애노드 슬러리는 보다 효율적인 건조 과정과 생산성이 향상되도록 할 수 있다.
비교예 2
A) 음극 물질의 제조
미립자 흑연 애노드 활성 물질(YXG-30)(중국, Yanxin Graphite Products Co. Ltd., Qingdao)은 약 30㎛의 입자 크기 D50을 갖는다. 미립자 흑연 애노드 활성 물질을 약 1시간 동안 ZrO2 밀링 볼(milling ball)을 사용하는 볼 밀(ball mill)(MSK-SFM-1, 중국, Shenzhen Kejing Star Technology Ltd.)로 분쇄한 후, 1,250-메쉬 체(1250-mesh sieve)에 통과시켜 약 5.5㎛의 입자 크기 D50을 갖는 애노드 활성 물질을 얻었다.
B) 음극 슬러리의 제조
비교예 2에 기재된 방법으로 수득된 더 작은 입자 크기를 갖는 애노드 활성 물질을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방식으로 음극 슬러리를 제조하였다. 음극 슬러리의 점도는 약 1,300mPa·s이었다.
C) 음극의 제조
비교예 2에 기재된 방법으로 얻어진 음극 재료를 포함하는 음극은, 구리 호일상에 코팅된 막을 85℃에서 건조시키고 건조 시간을 약 7.8분으로 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방식으로 제조되었다.
비교예 2의 음극 슬러리보다 실시예 2의 음극 슬러리가 더 빨리 건조되는 것이 명확하다. 애노드 활성 물질의 입자 크기는, 입자가 작아짐에 따라 부피에 대한 표면적의 비율이 증가하기 때문에 건조 속도에 영향을 미친다. 표면적이 커지면 용매와의 상호작용이 커져서 건조가 느려진다. 따라서, 본 발명의 애노드 슬러리는 보다 효율적인 건조 과정과 생산성이 향상되도록 할 수 있다.
비교예 1-2의 캐소드 슬러리의 제조
비교예 1-2의 캐소드 슬러리는 실시예 1에 기재된 방법으로 제조하였다.
비교예 3-5
비교예 3 내지 5의 애노드 슬러리는 하기 표 1에 기재된 상이한 파라미터를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 방법에 의해 제조하였다.
비교예 3 내지 5의 코팅된 애노드 막을 하기 표2에 기재된 상이한 건조 조건을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2에 기재된 방법으로 건조시켰다. 비교예 3 내지 5의 캐소드 슬러리는 실시예 1에 기재된 방법으로 제조하였다.
비교예 1-5의 파우치 셀의 조립
실시예 1에 기재된 방법으로 비교예 1-5의 파우치 셀을 조립하였다.
비교예 1-5의 파우치 셀의 전기화학적 측정
비교예 1 내지 5의 파우치 셀의 전기화학적 성능은 실시예 1에 기재된 방법에 의해 수행되었다.
비교예 1 내지 5의 애노드 슬러리의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. 비교예 1 내지 5의 코팅된 애노드 막의 건조 조건을 하기 표 2에 나타내었다. 비교예 1 내지 5의 파우치 셀의 전기 화학적 성능을 하기 표 3에 나타내었다.
Figure pct00001
코팅된 애노드 막의 건조 조건
온도 (oC) 풍속 (m/s) 상대 습도(%) 건조 시간(분)
실시예 1 75 0.1 - 0.4 20 - 40 3
실시예 2 70 0.3 - 0.5 20 - 40 1.6
실시예 3 85 0.2 - 0.45 20 - 40 2.4
실시예 4 80 0.15 - 0.4 20 - 40 3.6
실시예 5 85 0.2 - 0.5 20 - 40 4
비교예 1 85 0.1 - 0.4 20 - 40 5.5
비교예 2 85 0.3 - 0.5 20 - 40 7.8
비교예 3 70 0.3 - 0.5 20 - 40 11
비교예 4 70 0.3 - 0.5 20 - 40 1.6
비교예 5 100 0.3 - 0.5 20 - 40 1
파우치 셀의 전기화학적 성능
사용된 전압 범위(V) 사이클 횟수 용량 유지율(%)
실시예 1 3.0 - 4.2 1,000 91.7
실시예 2 3.0 - 4.2 1,000 90.4
실시예 3 3.0 - 4.2 1,000 88.2
실시예 4 3.0 - 4.2 1,000 86.9
실시예 5 1.8 - 3.0 1,000 95.8
비교예 1 3.0 - 4.2 1,000 86.7
비교예 2 3.0 - 4.2 1,000 85.9
비교예 3 3.0 - 4.2 1,000 83.4
비교예 4 3.0 - 4.2 1,000 84.1
비교예 5 3.0 - 4.2 1,000 77.4
본 발명은 제한된 수의 구현예와 관련하여 기재되었지만, 일 구현예의 특정한 특징은 본 발명의 다른 구현예에 기인해서는 안된다. 일부 구현예에서, 상기 방법들은 본 명세서에서 언급되지 않은 다수의 단계들을 포함할 수 있다. 다른 구현에에서, 상기 방법들은 본 명세서에 열거되지 않은 임의의 단계들을 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다. 기재된 구현예들로부터 변형 및 수정이 존재한다. 청구된 청구범위는 본 발명의 범위 내에 있는 모든 변형 및 변경을 포함하고자 한다.

Claims (19)

  1. 애노드 활성 물질, 도전제, 바인더 물질 및 용매를 포함하는 리튬 이온 전지의 애노드 슬러리로서,
    상기 애노드 활성 물질의 입자 크기 D50이 10㎛ 내지 40㎛이고,
    약 100㎛의 습윤막(wet film) 두께로 집전체 상에 코팅된 상기 슬러리가,
    약 60℃ 내지 약 90℃의 온도, 약 25% 내지 약 40%의 상대 습도를 갖는 환경 하에서 약 5분 이하의 건조 시간을 갖는, 애노드 슬러리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 활성 물질의 D10 값이 3㎛ 이상인, 애노드 슬러리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 활성 물질의 D90 값이 70㎛ 이하인, 애노드 슬러리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리의 총 중량을 기준으로,
    35 중량% 내지 70 중량%의 상기 애노드 활성 물질,
    0.8 중량% 내지 5 중량%의 상기 도전제,
    0.5 중량% 내지 6 중량%의 상기 바인더 물질, 및
    30 중량% 내지 60 중량%의 상기 용매가 존재하는, 애노드 슬러리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 활성 물질이,
    천연 흑연 미립자(natural graphite particulate), 합성 흑연 미립자(synthetic graphite particulate), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon), 메조카본 마이크로비즈(mesocarbon microbeads)(MCMB), Sn 미립자, SnO2, SnO, Li4Ti5O12 미립자, Si 미립자, Si-C 복합 미립자 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는, 애노드 슬러리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전제가,
    카본, 카본 블랙, 흑연, 팽창 흑연, 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelets), 카본 섬유, 카본 나노 섬유, 흑연화 카본 플레이크, 카본 튜브, 카본 나노 튜브, 활성 카본, 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 애노드 슬러리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 물질이,
    스티렌-부타디엔 고무, 아크릴화 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오린 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 옥사이드, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에피클로로하이드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스티렌, 라텍스, 아크릴 수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 카복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로스, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리카복실레이트, 폴리카복시산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리우레탄, 플루오르화 폴리머, 염소화 폴리머, 알긴산 염, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-헥사플루오로프로펜 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 애노드 슬러리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 알긴산 염이,
    Na, Li, K, Ca, NH4, Mg, Al 또는 이들의 조합으로부터 선택된 양이온을 포함하는, 애노드 슬러리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용매가,
    N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 부틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸 브로마이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 물, 순수, 탈이온수, 증류수, 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, 아세톤, n-프로판올, t-부탄올 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 애노드 슬러리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용매의 증기압이 15kPa 이상인, 애노드 슬러리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리의 pH가 약 7 내지 9인, 애노드 슬러리.
  12. 제1항에 있어서,
    코팅된 상기 슬러리의 막이,
    박스 오븐, 컨베이어 오븐 또는 핫 플레이트에 의해 건조되는, 애노드 슬러리.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리의 점도가,
    약 500mPa·s내지 약 3,500mPa·s인, 애노드 슬러리.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 용매의 끓는점이,
    140℃ 미만, 120℃ 미만, 또는 100℃ 미만인, 애노드 슬러리.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 활성 물질의 D90/D10 비(ratio)가,
    약 3 내지 약 10 또는 약 5 내지 약 8인, 애노드 슬러리.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 집전체에 막 형태로 코팅된 상기 슬러리가,
    약 2.5분 이하의 건조 시간을 갖는, 애노드 슬러리.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 활성 물질의 입자 크기 분포가,
    약 10㎛에서 제 1피크, 약 25㎛에서 제 2피크를 갖는 이봉형(bimodal)인, 애노드 슬러리.
  18. 리튬 이온 전지용 음극으로서,
    상기 음극이,
    애노드 집전체 및 애노드 집전체 상에 분산된 애노드 전극층을 포함하고,
    상기 애노드 전극층은 제1항의 애노드 슬러리를 사용하여 형성되는, 리튬 이온 전지용 음극.
  19. 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이온 전지로서,
    하나 이상의 상기 애노드가 제18항의 리튬 이온 전지용 음극인, 리튬 이온 전지.
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