KR20200054012A - Manufacturing method of electrode for lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 이러한 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.Unlike a primary battery, a secondary battery is rechargeable, and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity. The secondary battery is widely used as a power source for driving a motor in a mobile phone, a notebook computer, and an electric vehicle because a single battery cell is packaged in a pack or a pack in which dozens of battery cells are connected.
이차 전지의 전극은 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 활물질 슬러리(slurry)를 집전체 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다. 상기 전극 활물질 슬러리를 도포(코팅)하는 과정은 일반적으로 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 통해 이루어진다.The electrode of the secondary battery is manufactured by applying an electrode active material slurry in which an active material and a conductive material are mixed onto a current collector, drying it in a high temperature state, and pressing it. The process of applying (coating) the electrode active material slurry is generally performed through a slot die coater for electrode production.
종래 슬롯 다이 코터를 통한 전극 활물질 슬러리의 코팅은, 슬러리를 도포하고자 하는 집전체의 면적 전체에 전극 활물질 슬러리를 광폭 분사하는 방식에 의하였다. 이때 슬러리 토출부와 먼 집전체의 외주부에는 상대적으로 적은 양의 슬러리가 분사되므로, 집전체 상에 형성되는 활물질 층 두께가 집전체의 폭 방향에 따라 균일하지 못하게 된다. The coating of the electrode active material slurry through a conventional slot die coater was based on a method of wide-spreading the electrode active material slurry over the entire area of the current collector to which the slurry was applied. At this time, since a relatively small amount of slurry is sprayed on the outer peripheral portion of the current collector distant from the slurry discharge portion, the thickness of the active material layer formed on the current collector is not uniform along the width direction of the current collector.
즉, 상기와 같이 제조된 전극은, 전극 탭이 연결되는 외주부의 활물질 층 두께가 중앙부 두께보다 얇아서 활물질 로딩량이 적게 되는데, 이와 같이 전류가 유입되는 첫 지점인 탭 쪽의 활물질 로딩량이 적을 경우 일시적 고율 전류에 의하여 전극 부하가 발생할 수 있고, 전지의 출력 특성을 향상시킬 수 없는 문제가 있다.That is, in the electrode manufactured as described above, the active material layer thickness of the outer circumferential portion to which the electrode tab is connected is thinner than the thickness of the central portion, so that the amount of active material loading is small. There is a problem in that an electrode load may be generated by the current and the output characteristics of the battery cannot be improved.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극 활물질 슬러리의 코팅 시 균일한 두께로 코팅이 가능할 뿐만 아니라, 전극 탭이 연결되는 부위의 에너지 로딩량을 전극 중앙부와 같거나 더 높게 하여 전극 부하를 방지할 수 있고, 전지 출력 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problem, and not only can be coated with a uniform thickness when coating the electrode active material slurry, but also prevents electrode load by making the energy loading of the electrode tab connected to the electrode center part higher or equal to the electrode center part. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, which can improve battery output characteristics.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법으로서,A method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery comprising the step of coating the electrode active material slurry on one or both sides of the current collector,
상기 전극 활물질 슬러리의 코팅 단계는,The electrode active material slurry coating step,
집전체의 일측 단부로부터 집전체의 길이 방향으로 연속적으로 전극 활물질 슬러리를 코팅하되, 상기 길이 방향과 수직하는 집전체의 폭 방향으로 3 이상의 구역을 나누어 각 구역별로 슬러리를 코팅하고, The electrode active material slurry is continuously coated from one end of the current collector in the longitudinal direction of the current collector, and the slurry is coated for each zone by dividing three or more zones in the width direction of the current collector perpendicular to the longitudinal direction,
상기 3 이상의 구역 중 양 말단의 구역에는, 그 사이의 구역보다 큰 단위코팅 면적당 에너지 로딩량을 갖도록 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.Provided is a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, in which an electrode active material slurry is coated to have an energy loading per unit coating area larger than a region between the three or more regions.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리와 비교하여, 단위 코팅 면적당 활물질의 함량이 크거나, 보다 큰 이론 용량을 갖는 활물질을 포함하는 것일 수 있다.The electrode active material slurry coated on the zones at both ends may have an active material content per unit coating area greater than that of the electrode active material slurry coated on the area between these areas or include an active material having a larger theoretical capacity. .
상기 양 말단의 구역 및 그 사이의 구역의 폭 비율은 1:3 내지 3:1범위일 수 있다.The width ratio of the region at both ends and the region therebetween may range from 1: 3 to 3: 1.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 슬러리의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량은 그 사이의 구역 대비 1배 초과 내지 3 배 이하일 수 있다.The energy loading per unit coating area of the slurry coated on the zones at both ends may be greater than or equal to 1 to 3 times less than the zone in between.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리에 포함된 활물질에 비해 1배 초과 5배 이하의 이론 용량을 갖는 활물질을 포함할 수 있다.The electrode active material slurry coated on the zones at both ends may include an active material having a theoretical capacity of 1 to 5 times less than the active material included in the electrode active material slurry coated on the zone between these zones.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 전극은 음극일 수 있으며, 이때 상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이론 용량 1000 mAh/g 내지 1600 mAh/g의 음극 활물질을 포함하고, 상기 사이 구역에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 300 mAh/g 내지 500 mAh/g 음극 활물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질 및 실리콘계 활물질을 포함하고, 상기 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode may be a negative electrode, wherein the electrode active material slurry coated on the zones at both ends includes a negative electrode active material having a theoretical capacity of 1000 mAh / g to 1600 mAh / g, and the space between the electrodes. The slurry coated on may include a theoretical capacity of 300 mAh / g to 500 mAh / g negative electrode active material. More specifically, the electrode active material slurry coated on the regions at both ends includes a carbon-based active material and a silicon active material, and the electrode active material slurry coated on the region between the ends may include a carbon-based active material.
상기 전극 활물질 슬러리의 25 ℃에서의 점도는 3000 내지 20000 cP일 수 있다.The viscosity of the electrode active material slurry at 25 ° C may be 3000 to 20000 cP.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리와, 그 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리의 25 ℃에서의 점도 편차는 4000 cP 이하일 수 있다.The viscosity deviation at 25 ° C. of the electrode active material slurry coated on the zones at both ends and the electrode active material slurry coated on the zones between them may be 4000 cP or less.
본 발명에 따르면 전극의 부하를 방지하고 전지 출력 성능을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지용 전극을 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture an electrode for a lithium secondary battery that can prevent the load of the electrode and improve the battery output performance.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe exemplary embodiments, and is not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include", "have" or "have" are intended to indicate that an implemented feature, step, component or combination thereof exists, one or more other features or steps, It should be understood that the possibility of the presence or addition of components, or combinations thereof, is not excluded in advance.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that it includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법으로서,According to an embodiment of the present invention, as a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery comprising the step of coating the electrode active material slurry on one or both sides of the current collector,
상기 전극 활물질 슬러리의 코팅 단계는,The electrode active material slurry coating step,
집전체의 일측 단부로부터 집전체의 길이 방향으로 연속적으로 전극 활물질 슬러리를 코팅하되, 상기 길이 방향과 수직하는 집전체의 폭 방향으로 3 이상의 구역을 나누어 각 구역별로 슬러리를 코팅하고, The electrode active material slurry is continuously coated in the longitudinal direction of the current collector from one end of the current collector, and the slurry is coated for each zone by dividing three or more zones in the width direction of the current collector perpendicular to the longitudinal direction,
상기 3 이상의 구역 중 양 말단의 구역에는, 그 사이의 구역보다 큰 단위코팅 면적당 에너지 로딩량을 갖도록 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법이 제공된다.A method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery in which the electrode active material slurry is coated is provided at regions at both ends of the three or more regions to have an energy loading per unit coating area larger than a region therebetween.
기존의 전극 활물질 슬러리 코팅은 슬롯 다이 코터의 슬러리 분사구를 집전체의 중앙에 위치시키고, 별도로 집전체의 구역을 분할하지 않고 일시에 슬러리를 광폭 분사하여 코팅하는 방식에 의하여 이루어지는데, 이 경우 분사구로부터 먼 집전체의 외주부, 즉, 전극 탭이 연결되는 무지부와 인접하게 되는 측면 부분은 중앙부에 비하여 상대적으로 활물질의 로딩량이 적어지게 된다. 그러나 이와 같이 전류가 유입되는 첫 지점인 탭 부근의 에너지 로딩량이 낮을 경우 국부적으로 고율의 전류가 흐르게 되어 전극에 부하가 발생하는 문제가 있다.Existing electrode active material slurry coating is achieved by placing the slurry injection port of the slot die coater at the center of the current collector, and coating the slurry by wide-spreading the slurry at a time without dividing the current collector section separately. The outer circumferential portion of the distant current collector, that is, the side portion adjacent to the non-coated portion to which the electrode tab is connected, is relatively less in loading amount of the active material compared to the central portion. However, when the energy loading amount near the tap, which is the first point at which the current flows, is low, a high rate of current flows locally and there is a problem that a load is generated on the electrode.
이에, 본 발명에서는 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 단계에서 구역을 나누어 코팅함으로써 슬러리 분사구와의 거리에 따른 활물질 로딩량의 편차를 줄일 수 있고, 나아가 집전체의 폭 방향의 양 말단 구역, 즉, 외주부의 단위 면적당 에너지 로딩량을 그 사이에 위치하는 중앙부의 에너지 로딩량과 같거나 높게 하여, 전극의 부하를 방지하고 출력 특성을 향상시킬 수 있는 전극의 제조 방법을 제공한다. Thus, in the present invention, by dividing and coating the zone in the step of coating the electrode active material slurry on the current collector, it is possible to reduce the variation in the amount of loading of the active material according to the distance from the slurry injection port, and furthermore, both end zones in the width direction of the current collector, That is, by providing an energy loading amount per unit area of the outer periphery equal to or higher than an energy loading amount of a central portion located therebetween, an electrode manufacturing method capable of preventing an electrode load and improving output characteristics is provided.
본 발명에서, 상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 통상 리튬 이차전지용 전극의 집전체로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.In the present invention, the current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without inducing a chemical change in the battery, and can be used without limitation what is usually used as a current collector for a lithium secondary battery electrode. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like may be used.
상기 집전체의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 사용 가능하나, 본 발명의 효과를 확보하기 위해서는 필름, 시트, 호일 등 평면형 집전체가 바람직하다. 또한, 상기 집전체의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니나, 전극 제조 용이성 측면에서 직사각형이 바람직하다.The shape of the current collector is not particularly limited, and various shapes such as film, sheet, foil, net, porous body, foam, and non-woven fabric can be used, but in order to secure the effect of the present invention, a flat type such as film, sheet, foil, etc. A current collector is preferred. In addition, although the shape of the current collector is not particularly limited, a rectangle is preferable from the viewpoint of ease of electrode manufacturing.
본 발명에서는 전극 활물질 슬러리 코팅 시 집전체의 폭 방향으로 구역을 나누어 코팅함으로써 집전체의 양 말단 구역 및 그 사이의 구역의 에너지 로딩량을 조절한다. 이때, 집전체 상의 코팅 구역의 개수는 홀수 개로서 3개 이상이 바람직하다. 코팅 구역의 개수가 많을수록 집전체 폭 방향으로의 단위 면적당 에너지 로딩량을 세밀하게 조절할 수 있으나, 필요한 코팅 다이의 개수가 증가하게 되어 공정상의 편의성이 떨어지고 공정 비용이 증가할 수 있으므로 3개 구역으로 나누는 것이 적절하다. In the present invention, when the electrode active material slurry is coated, the energy loading amount of both end regions of the current collector and the regions therebetween is controlled by dividing and coating the regions in the width direction of the current collector. At this time, the number of coating zones on the current collector is preferably three or more. As the number of coating zones increases, the energy loading per unit area in the width direction of the current collector can be finely adjusted, but the number of required coating dies increases, thus reducing the convenience of the process and increasing the process cost. It is appropriate.
상기 집전체의 3 이상의 구역에서, 양 말단 구역 각각의 폭은 서로 같거나 다를 수 있으나, 서로 같은 것이 전극의 폭 방향으로의 에너지 로딩량 편차 및/또는 전극 두께 편차를 줄일 수 있어 바람직하다. 한편, 집전체의 양 말단 구역 및 그 사이의 구역의 폭 비율은 특별히 제한되는 것은 아니며, 사용되는 슬러리의 물성에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 1:3 내지 3:1 범위인 것이 순간적인 고율의 전류밀도를 견디는 효과를 확보할 수 있어 바람직하며, 1:2 내지 2:1 범위인 것이 보다 바람직하다. In the three or more zones of the current collector, the widths of each of the two end zones may be the same or different from each other, but the same is preferable because it can reduce the energy loading amount deviation and / or electrode thickness variation in the width direction of the electrode. On the other hand, the width ratio of the area between both ends of the current collector and the region therebetween is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the physical properties of the slurry used, but the instantaneous high rate is in the range of 1: 3 to 3: 1. It is preferable because the effect of withstanding the current density can be secured, and it is more preferably in the range of 1: 2 to 2: 1.
본 발명에서는 상기 집전체 양 말단 구역의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량, 즉, 단위 코팅 면적 당 전극 충전 용량(mAh/cm2)이 그 사이의 구역의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량보다 높도록 전극 활물질 슬러리를 코팅한다. 구체적으로 상기 집전체 양 말단 구역의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량은 그 사이 구역 대비 1 배 초과 내지 3 배 이하, 또는 1배 초과 내지 1.5 배 이하일 수 있다. In the present invention, the electrode active material slurry so that the energy loading per unit coating area of both ends of the current collector, that is, the electrode charging capacity per unit coating area (mAh / cm 2 ) is higher than the energy loading per unit coating area of the area therebetween. Coated. Specifically, the energy loading per unit coating area of both ends of the current collector may be greater than or equal to 1 to 3 times, or greater than or equal to 1 to 1.5 times compared to the space therebetween.
이와 같이 탭이 연결되는 부분과 인접하는 집전체 양 말단 구역의 에너지 로딩량이 그 사이 구역보다 더 높을 경우에는 전지의 급속 충전 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 양 말단 구역의 에너지 로딩량이 그 사이 구역보다 3 배를 초과하여 지나치게 높을 경우, 되려 국부적인 반응을 야기하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위를 만족함이 바람직하다. As described above, when the energy loading amount of both ends of the current collector adjacent to the portion to which the tab is connected is higher than the region between them, the fast charging performance of the battery may be improved. However, if the energy loading of both end zones is too high, in excess of three times the space between them, it is desirable to satisfy the above range because there may be a problem that causes a local reaction.
상기와 같은 에너지 로딩량 분포를 달성하기 위하여, 각 구역에 도포되는 활물질의 양을 상이하게 하거나, 활물질 슬러리의 조성을 상이하게 하여 집전체의 폭 방향으로의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량을 상이하게 할 수 있다. 이때, 슬러리의 조성이 상이하다 함은, 슬러리에 포함되는 활물질, 바인더, 도전재 등의 종류나 함량이 상이한 것을 의미한다.In order to achieve the energy loading amount distribution as described above, the amount of the active material applied to each zone may be different, or the composition of the active material slurry may be different to make the energy loading per unit coating area in the width direction of the current collector different. have. At this time, that the composition of the slurry is different means that the type or content of the active material, the binder, and the conductive material contained in the slurry are different.
구체적으로, 상기 집전체의 양 말단 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리와 비교하여, 단위 코팅 면적당 활물질의 함량(g/cm2)이 크거나, 보다 큰 이론 용량을 갖는 활물질을 포함하는 것일 수 있다. Specifically, the electrode active material slurry coated on both terminal areas of the current collector has a larger or larger content (g / cm 2 ) of active material per unit coating area compared to the electrode active material slurry coated on the area between these areas. It may be to include an active material having a theoretical capacity.
일 실시예에서, 상기 집전체 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리에 포함된 활물질에 비하여 1배 초과 내지 5배 이하의 이론 용량을 갖는 활물질을 포함하는 것일 수 있다. 이와 같이 이론 용량이 높은 활물질을 집전체의 양 말단 구역에 배치함으로써 전극의 고출력 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. In one embodiment, the electrode active material slurry coated on the zones at both ends of the current collector comprises an active material having a theoretical capacity of more than 1 to 5 times less than the active material contained in the electrode active material slurry coated on the zone between these zones. It may be included. By disposing the active material having a high theoretical capacity in both end regions of the current collector, the high output characteristics of the electrode can be further improved.
만일, 제조되는 전극이 리튬 이차전지용 음극일 경우, 집전체의 양 말단구역에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 1000 mAh/g 내지 1600 mAh/g의 음극 활물질을 포함하고, 상기 구역 사이의 구역에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 300 mAh/g 내지 500 mAh/g 음극 활물질을 포함하는 것일 수 있다. If the electrode to be manufactured is a negative electrode for a lithium secondary battery, the slurry coated on both end regions of the current collector includes a negative electrode active material having a theoretical capacity of 1000 mAh / g to 1600 mAh / g, and is coated on the region between the regions. The slurry may include a theoretical capacity of 300 mAh / g to 500 mAh / g negative electrode active material.
일례로, 집전체의 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질 및 실리콘계 활물질을 포함하고, 상기 양 말단의 구역 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질을 포함하는 것일 수 있다. For example, the electrode active material slurry coated on the zones at both ends of the current collector may include a carbon-based active material and a silicon-based active material, and the electrode active material slurry coated on the zone between the zones at both ends may include a carbon-based active material. .
이때, 상기 탄소계 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 하드 카본, 소프트 카본으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 실리콘계 활물질로는 결정질 실리콘계 활물질, 비정질 실리콘계 활물질, 실리콘 산화물(SiOx, 0<x<2), 산화층이 코팅된 실리콘계 활물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. In this case, the carbon-based active material may be at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, hard carbon, and soft carbon, and as the silicon-based active material, crystalline silicon-based active material, amorphous silicon-based active material, and silicon oxide (SiO x , 0 <x <2), one or more selected from the group consisting of a silicon-based active material coated with an oxide layer may be used.
보다 구체적으로, 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 흑연 및 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 상기 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 흑연을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리의 흑연 및 실리콘 산화물의 중량비는 97:3 내지 95:5, 또는 90:10 내지 80:20 범위인 것이 급속충전 성능 향상 효과를 확보할 수 있어 바람직하다.More specifically, the electrode active material slurry coated on the regions at both ends may include graphite and silicon oxide, and the electrode active material slurry coated on the region between the regions may include graphite. At this time, the weight ratio of graphite and silicon oxide in the electrode active material slurry coated on both ends of the region is in the range of 97: 3 to 95: 5, or 90:10 to 80:20, so it is possible to secure the effect of improving the rapid charging performance. Do.
만일, 제조되는 전극이 리튬 이차전지용 양극일 경우, 집전체의 양 말단구역에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 200 mAh/g 내지 230 mAh/g의 양극 활물질을 포함하고, 상기 구역 사이에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 150 mAh/g 내지180 mAh/g의 양극 활물질을 포함하는 것일 수 있다. If the electrode to be manufactured is a positive electrode for a lithium secondary battery, the slurry coated on both end regions of the current collector includes a positive electrode active material having a theoretical capacity of 200 mAh / g to 230 mAh / g, and the slurry coated between the regions is It may include a positive electrode active material having a theoretical capacity of 150 mAh / g to 180 mAh / g.
일례로, 상기 양 말단 구역에 코팅되는 슬러리에 용량이 크고 출력 특성이 우수한 고함량 니켈계(high Ni) 양극재를 포함하고, 그 사이 구역에 코팅되는 슬러리에 안전성이 우수한 NCM 삼성분계 양극재를 포함하는 경우, 전극의 국부적인 반응을 억제하고 출력 특성 및 안전성을 확보할 수 있어 바람직하다.As an example, the slurry coated on both end zones includes a high-content nickel-based cathode material having a large capacity and excellent output characteristics, and an NCM samsung-based cathode material having excellent safety in the slurry coated between the zones is used. When included, it is preferable because the local reaction of the electrode can be suppressed and output characteristics and safety can be secured.
한편, 본 발명에서 상기 전극 활물질 슬러리는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 이때, 사용되는 도전재 및 바인더의 종류 및 함량은 특별히 제한되지 않으며, 사용되는 활물질의 종류나 목적하는 전극의 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the electrode active material slurry may include a conductive material and a binder. At this time, the type and content of the conductive material and the binder used are not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type of the active material used or the characteristics of the desired electrode.
일례로, 상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the binder serves to adhere the negative electrode active material particles to each other well, and also serves to adhere the negative electrode active material to the current collector, and representative examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, Carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber , Acrylate-styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but are not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and any electronic conductive material can be used as long as it does not cause a chemical change in the battery to be constructed. For example, natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black , Carbon-based materials such as carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, silver, or metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Alternatively, a conductive material containing a mixture of these can be used.
전극 활물질 슬러리를 제조하기 위하여 사용되는 용매는 활물질과 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있고, 쉽게 증발되어 건조가 용이한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 아세톤, 에틸렌글리콜, 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, 물, 이소프로필알코올 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The solvent used to prepare the electrode active material slurry can uniformly disperse the active material and the conductive material, and it is preferable to use one that is easily evaporated and easily dried. Specifically, N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP), acetone, ethylene glycol, acetonitrile, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, water, isopropyl alcohol, and the like, but are not limited thereto.
또한 슬러리 제조를 위한 혼합은 통상의 혼합기, 예컨대 페이스트 믹서, 고속 전단 믹서, 호모 믹서 등을 이용하여 통상의 방법으로 교반할 수 있다.In addition, the mixing for preparing the slurry can be stirred by a conventional method using a conventional mixer, such as a paste mixer, a high-speed shear mixer, a homo mixer, or the like.
한편, 원활한 코팅을 위하여 전극 활물질 슬러리의 25 ℃에서의 점도는 3000cP 내지 20000cP 범위가 바람직하다. 각 구역별로 도포되는 슬러리의 조성이 다를 경우 점도 역시 상이할 수 있으나, 점도의 편차가 너무 크면 집전체에 도포되었을 때 구역별로 도포되어야 할 슬러리가 경계면에서 혼합되어 본 발명의 효과를 달성할 수 없으므로, 각 슬러리의 점도 편차는 4000cP 이하 범위를 유지하도록 하는 것이 적절하다.Meanwhile, for smooth coating, the viscosity of the electrode active material slurry at 25 ° C. is preferably in the range of 3000 cP to 20000 cP. If the composition of the slurry applied to each zone is different, the viscosity may also be different, but if the deviation of the viscosity is too large, the slurry to be applied by zone is mixed at the interface when applied to the current collector, so the effect of the present invention cannot be achieved. , It is appropriate to keep the viscosity deviation of each slurry in the range of 4000 cP or less.
상기 전극 활물질 슬러리의 도포는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치에 의하여 수행될 수 있다. 집전체의 각 구역별로 슬러리를 코팅하기 위하여, 상기 코팅 장치는 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛을 포함하고, 활물질 슬러리를 토출하는 코팅 다이를 3개 이상 포함하는 것일 수 있다. The electrode active material slurry may be applied by an electrode active material slurry coating device. In order to coat the slurry for each section of the current collector, the coating device may include a transfer unit continuously transporting the current collector in a predetermined process direction, and may include three or more coating dies for discharging the active material slurry. .
집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 코팅한 다음에는, 압연 및 건조 단계를 수행하여 최종적으로 전극을 제조한다.After coating the electrode active material slurry on the current collector, a rolling and drying step is performed to finally prepare an electrode.
상기 압연 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지의 압연 공정(pressing)이 가능하다. 일례로, 회전 롤 사이에 통과시키거나 평판 프레스기를 이용하여 수행한다.The rolling method is not particularly limited in the present invention, and a known rolling process is possible. As an example, it is performed by passing between rotating rolls or using a flat plate press.
건조 공정은 슬러리 중의 용매를 제거하기 위한 것으로서, 건조 단계의 온도는 사용 용매에 따라 적절히 조절될 수 있다.The drying process is for removing the solvent in the slurry, and the temperature of the drying step can be appropriately adjusted depending on the solvent used.
상기 본 발명의 제조방법에 따르면 전극의 폭 방향의 두께 편차 또는 에너지 로딩량 편차를 감소시킬 수 있어 전극의 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 리튬 이차전지용 전극의 탭 부근의 단위 면적당 에너지 로딩량을 중앙부와 동등 이상으로 제조할 수 있으므로, 탭 부위의 일시적 고율 전류에 의한 전극 부하를 방지할 수 있고 전지의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the thickness variation or energy loading amount variation in the width direction of the electrode, thereby ensuring the uniformity of the electrode. In addition, according to the present invention, since the energy loading per unit area near the tab of the electrode for a lithium secondary battery can be produced equal to or greater than the central portion, it is possible to prevent the electrode load due to the temporary high-rate current at the tab portion and improve the battery output performance. Can be improved.
Claims (10)
상기 전극 활물질 슬러리의 코팅 단계는,
집전체의 일측 단부로부터 집전체의 길이 방향으로 연속적으로 전극 활물질 슬러리를 코팅하되, 상기 길이 방향과 수직하는 집전체의 폭 방향으로 3 이상의 구역을 나누어 각 구역별로 슬러리를 코팅하고,
상기 3 이상의 구역 중 양 말단의 구역에는, 그 사이의 구역보다 큰 단위코팅 면적당 에너지 로딩량을 갖도록 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
A method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery comprising the step of coating the electrode active material slurry on one or both sides of the current collector,
The electrode active material slurry coating step,
The electrode active material slurry is continuously coated from one end of the current collector in the longitudinal direction of the current collector, and the slurry is coated for each zone by dividing three or more zones in the width direction of the current collector perpendicular to the longitudinal direction,
A method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery in which the electrode active material slurry is coated to have an energy loading per unit coating area larger than a region therebetween, in regions at both ends of the three or more regions.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리와 비교하여,
단위 코팅 면적당 활물질의 함량이 크거나,
보다 큰 이론 용량을 갖는 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법.
According to claim 1,
The electrode active material slurry coated on the zones at both ends is compared to the electrode active material slurry coated on the zone between these zones,
The active material content per unit coating area is large, or
A method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery comprising an active material having a larger theoretical capacity.
상기 양 말단의 구역 및 그 사이의 구역의 폭 비율은 1:3 내지 3:1 인, 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing the electrode for a lithium secondary battery, wherein the width ratio of the region at both ends and the region therebetween is 1: 3 to 3: 1.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 슬러리의 단위 코팅 면적당 에너지 로딩량은 그 사이의 구역 대비 1배 초과 내지 3 배 이하인, 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
A method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, wherein the energy loading per unit coating area of the slurry coated on the zones at both ends is more than 1 to 3 times less than the space therebetween.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이들 구역 사이의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리에 포함된 활물질에 비해 1배 초과 5배 이하의 이론 용량을 갖는 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 2,
Preparation of an electrode for a lithium secondary battery comprising an active material having a theoretical capacity of 1 to 5 times less than an active material contained in an electrode active material slurry coated on a region between these regions of the electrode active material slurry coated on the regions at both ends of the region Way.
상기 전극은 음극인, 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
The electrode is a negative electrode, a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 이론 용량 1000 mAh/g 내지 1600 mAh/g의 음극 활물질을 포함하고, 상기 사이 구역에 코팅되는 슬러리는 이론 용량 300 mAh/g 내지 500 mAh/g 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
The electrode active material slurry coated on the zones at both ends includes a negative electrode active material having a theoretical capacity of 1000 mAh / g to 1600 mAh / g, and the slurry coated on the inter-zone has a theoretical capacity of 300 mAh / g to 500 mAh / g negative electrode. Method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery containing an active material.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질 및 실리콘계 활물질을 포함하고, 상기 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리는 탄소계 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
The method of claim 6,
The electrode active material slurry coated on the both ends of the zone includes a carbon-based active material and a silicon active material, and the electrode active material slurry coated on the zone between the electrodes comprises a carbon-based active material.
상기 전극 활물질 슬러리의 25 ℃에서의 점도는 3000 내지 20000 cP인, 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
According to claim 1,
The electrode active material slurry has a viscosity at 25 ° C of 3000 to 20000 cP, and a method of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery.
상기 양 말단의 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리와, 그 사이 구역에 코팅되는 전극 활물질 슬러리의 25 ℃에서의 점도 편차는 4000 cP 이하인, 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.According to claim 1,
A method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, wherein a viscosity deviation at 25 ° C. of the electrode active material slurry coated on the zones at both ends and the electrode active material slurry coated on the zones between them is 4000 cP or less.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP3908078A1 (en) | 2020-05-06 | 2021-11-10 | LG Electronics Inc. | Induction heating apparatus and method for controlling same |
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