KR20210044503A - 서로 다른 바인더 함량을 갖는 전극 합제 영역을 포함하는 이차전지용 극판 및 이를 이용한 이차전지용 전극의 제조방법 - Google Patents

서로 다른 바인더 함량을 갖는 전극 합제 영역을 포함하는 이차전지용 극판 및 이를 이용한 이차전지용 전극의 제조방법 Download PDF

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KR20210044503A
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김철우
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Abstract

본 발명은 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 활물질을 토출하는 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 높이를 시간에 따라 제어함으로써, 이중층 구조의 활물질층 형성시 공정 효율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다.

Description

서로 다른 바인더 함량을 갖는 전극 합제 영역을 포함하는 이차전지용 극판 및 이를 이용한 이차전지용 전극의 제조방법{ELECTRODE PLATE FOR SECONDARY BATTERY COMPRISING ELECTRODE MIXTURE REGIONS HAVING DIFFERENT CONTENT RATIO OF BINDER AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 서로 다른 바인더 함량을 갖는 전극 합제 영역을 포함하는 이차전지용 극판 및 이를 이용한 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자산업 발전의 중요한 경향은 디바이스의 와이어리스, 모바일 추세와 아날로그의 디지털로의 전환으로 요약될 수 있다. 모바일 디바이스와 노트북 컴퓨터의 급속한 보급, 아날로그 카메라에서 디지털 카메라로의 전환 등을 그러한 대표적인 예로 들 수 있다.
이러한 경향과 더불어 디바이스의 작동 전원으로서 이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물 또는 리튬 복합 산화물 등을 사용하는 중량 대비 높은 출력과 용량의 리튬 이차전지가 크게 각광받고 있다. 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는 데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
일반적으로 음극은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극은 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 LiCoO2, LiMnO2 또는 LiNiO2 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.
이렇게 양극 또는 음극을 제조하기 위해 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 일정한 간격으로 도포한 후, 설정된 전극 형상으로 가공하는 공정을 실시하게 된다.
이러한 형상 가공의 첫 단계에서는 전극 합제가 도포된 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체를 슬리팅(slitting, 세로 째기) 또는 노칭(notching, 금형 펀칭)의 절삭 공정을 통해 둘 이상의 전극용 스트립 형태로 가공하게 된다
그러나, 종래 기술에서는 이러한 전극을 제조하는 과정 중, 전극 합제가 도포된 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체를 슬리팅 장치로 이송하는 중, 이송 롤러의 힘을 받거나 롤투롤 공정 상 인가되는 장력에 의해 집전체와 코팅층의 연신력 차이가 발생하면서, 집전체-코팅층 간 접합면의 접합력이 저하될 수 있다. 또한, 슬리팅 장치의 커터가 전극 집전체를 전단하는 힘이 전달됨에 따라 전극 코팅층을 구성하는 입자(활물질, 도전재, 바인더) 간의 접착력이 저하되면서 단일 입자 또는 다수의 입자가 모인 전극층이 분쇄되고, 코팅층의 파편이 발생하는 문제가 있었다. 이러한 파편은 그 자체로 이물질이 되어 문제를 일으킬 수 있으며, 파편으로 인해 일부위가 결손된 코팅층에서 문제가 발생하기도 한다.
특히, 전극 집전체에 전극 합제가 도포된 부위와 도포되지 않은 무지부의 경계에서 파손이 더욱 빈번히 발생되어, 제품 불량률이 높아지는 주요한 원인이 되었다.
따라서, 이차전지의 전극 집전체를 특정 전극 형상으로 가공하는 공정에서 파손 등으로 인한 불량을 줄일 수 있는 기술이 매우 필요한 실정이다.
미국공개특허공보 제2018-0159114호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 바인더 함량이 서로 다른 활물질 영역을 포함하는 전극용 극판 및 이를 이용한 전극의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 이차전극용 극판은, 집전체층; 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극용 합제층을 포함한다. 구체적으로, 상기 합제층은, 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 영역을 포함하되, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 합제층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로, 제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역이 순차 형성된 구조이고, 여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수이다.
하나의 예에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다.
구체적인 예에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 비율은 1.2:1 내지 30:1 범위이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 고바인더 함유 영역은, 활물질층의 두께를 기준으로, 높이 20% 지점의 바인더 함량(BL)과 높이 80% 지점의 바인더 함량(BH)의 편차는 15 중량% 이하이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 고바인더 함유 영역의 폭(LBH)와 저바인더 함유 영역의 폭(LBL)의 비(LBH : LBL)는, 1:3 내지 1:600 범위이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 극판은, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 집전체의 양측 가장자리는 합제층이 형성되지 않은 무지부를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 고바인더 함유 영역은, 전극 슬리팅 공정에서 슬리팅이나 노칭 등의 절삭이 수행되는 영역이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지용 극판을 이용한 전극의 제조방법을 제공한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조방법은, 집전체층의 일면 또는 양면에 전극용 합제층을 형성하는 단계; 및 합제층이 형성된 집전체층을 슬리팅하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 합제층을 형성하는 단계는,
바인더 함량이 높은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 저바인더 함유 영역을 포함하도록 형성하되, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 합제층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로, 제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역을 순차 형성하고, 여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수이다.
하나의 예에서, 상기 합제층을 형성하는 단계에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 합제층을 형성하는 단계는, 이중 슬릿 코팅 장치를 이용한 스트라이프 코팅에 의해 수행하되, 제1 슬릿은 집전체층 상에 제1 슬러리를 패턴화된 형태로 토출하고, 제2 슬릿은 집전체층 상에 토출된 제1 슬러리 패턴 사이를 충진하는 형태로 제2 슬러리를 토출한다.
구체적인 예에서, 상기 제1 슬릿을 통해 토출되는 제1 슬러리는 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 슬러리이고, 상기 제2 슬릿을 통해 토출되는 제2 슬러리는 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 슬러리이다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조방법은, 상기 합제층을 형성하는 단계 이전에, 집전체 상에 바인더 함량이 높은 슬러리를 토출하여 하부 합제층을 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 합제층을 형성하는 단계는, 형성된 하부 합제층 상에 상부 합제층을 형성하는 과정으로 수행한다.
구체적인 예에서, 하부 합제층의 바인더 함량과 상부 합제층 중 고바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 15 중량% 이하이다. 또한, 상기 상부 합제층에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다.
하나의 예에서, 상기 하부 합제층과 상부 합제층의 두께 비율은, 1:1.5 내지 1:20 범위이다.
본 발명에 따른 이차전지용 극판 및 이를 이용한 전극 제조방법은, 전극에 있어서, 절삭이 이루어지는 전극 합제 도포 부위 또는 전극 합제 도포 부위와 전극 합제가 도포되지 않은 무지부의 경계에서 파손이 발생되는 문제를 해소하고 공정 효율을 높일 수 있다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 극판의 단면 구조를 타나낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 극판을 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 이차전지용 극판은, 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체에 활물질을 포함하는 전극 합제가 도포된 구조를 의미한다.
본 발명에서 합제는 이차전지용 전극으로 적용되는 혼합물을 의미하며, 예를 들어, 활물질, 바인더, 도전제 및 기타 성분들이 혼합된 조성이며, 각 성분들에 대해서는 후술한다.
본 발명은 집전체층; 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극용 합제층을 포함하는 전지용 극판을 제공한다. 하나의 실시예에서, 상기 합제층은, 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 영역을 포함하되, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 활물질층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로, 제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역이 순차 형성된 구조이다. 여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수이다. 예를 들어, 상기 n은 3 내지 8 또는 3 내지 5 범위일 수 있다.
상기 이차전지용 극판은, 후속하는 슬리팅 공정에서, 슬리팅(slitting, 세로 째기)을 통해 둘 이상의 전극용 스트립 형태로 가공하게 된다. 본 발명에 따른 이차전지용 극판은, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 영역이 교대로 형성되되, 양 측단은 고바인더 함유 영역이 형성된 구조이다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지용 극판에서, 고바인더 함유 영역이 슬리팅(slitting, 세로 째기)을 수행하는 위치에 대응된다. 본 발명에서는 극판을 슬리팅 하는 영역에 고바인더 함유 영역을 형성함으로써, 슬리팅 과정에서 발생하는 합제층의 파손이나 이탈 혹은 합제층과 집전체층 사이의 벌어짐 등을 방지하는 효과가 있다.
하나의 실시예에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다. 구체적으로, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 내지 500 중량% 범위, 20 내지 400 중량% 범위, 20 내지 300 중량% 범위, 100 내지 500 중량% 범위, 200 내지 500 중량% 범위, 300 내지 500 중량% 범위, 20 내지 150 중량% 범위, 30 내지 100 중량% 또는 50 내지 90 중량% 범위이다. 상기 바인더 함량의 편차는, 저바인더 영역에 함유된 바인더 함량 대비 고바인더 영역과 저바인더 영역에 각각 함유된 바인더 함량의 차이를 백분율로 환산한 수치이다.
하나의 실시예에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 비율은 1.2:1 내지 30:1 범위이다. 구체적으로, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 비율은 1.2:1 내지 20:1 범위, 1.2:1 내지 10:1 범위, 1.2:1 내지 50:1 범위, 1.5:1 내지 10:1 범위, 또는 1.5:1 내지 3:1 범위이다. 상기 고바인더 함유 영역은, 활물질의 함량 대비 높은 함량의 바인더를 포함하는 영역이다. 바인더의 함량을 높이게 되면, 합제층 내부 접합력이 향상되고, 집전체층과의 계면 접착력이 높아진다. 그러나, 바인더의 함량이 너무 높아지면, 활물질 함량의 저하로 전지의 용량이 감소하고, 전기 저항이 높아지는 한계가 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 고바인더 함유 영역은, 합제층의 두께를 기준으로, 높이 20%지점의 바인더 함량(BL)과 높이 80% 지점의 바인더 함량(BH)의 편차는 15 중량% 이하이다. 구체적으로, 상기 고바인더 함유 영역에서, 높이 20%지점의 바인더 함량(BL)과 높이 80% 지점의 바인더 함량(BH)의 편차는 0.01 내지 15 중량% 범위, 0.01 내지 10 중량% 범위, 0.01 내지 5 중량% 범위, 0.01 내지 3 중량% 범위, 0.1 내지 3 중량% 범위, 또는 0.01 내지 1 중량% 범위이다. 본 발명의 고바인더 함유 영역은 바인더의 함량은 사실상 동등 수준이다. 그러나, 전극을 제조하는 과정, 예를 들어 전극을 건조하는 과정을 거치는 동안 높이에 따라 부분적으로 바인더의 함량이 달라질 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 고바인더 함유 영역의 폭(LBH)와 저바인더 함유 영역의 폭(LBL)의 비(LBH : LBL)는, 1:3 내지 1:600 범위이다. 구체적으로, 상기 고바인더 함유 영역의 폭(LBH)와 저바인더 함유 영역의 폭(LBL)의 비(LBH : LBL)는, 1:3 내지 1:500 범위, 1:3 내지 1:300 범위, 1:50 내지 1:600 범위, 1:50 내지 1:400 범위, 또는 1:80 내지 1:200 범위이다. 상기 저바인더 함유 영역의 폭(LBL)은 가급적 넓게 형성하는 것이 전지 특성 측면에서 유리하다. 다만, 상기 고바인더 함유 영역의 폭(LBH)을 적절히 조정함으로써, 극판을 성형하는 과정에서 전극의 손상을 방지하고, 합제의 이탈을 최소화할 수 있다.
예를 들어, 상기 극판은, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 집전체의 양측 가장자리는 합제층이 형성되지 않은 무지부를 포함한다. 상기 무지부는 전극 탭을 형성하는 영역이 된다. 예를 들어, 상기 무지부는 극판의 폭 방향 양측 가장자리뿐만 아니라, 필요에 따라 합제층이 형성된 영역과 영역 사이에 하나 또는 둘 이상이 추가로 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 앞서 설명한 전극용 극판을 이용하여 전극을 제조하는 방법을 제공한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 제조방법은, 집전체층의 일면 또는 양면에 전극용 합제층을 형성하는 단계; 및 합제층이 형성된 집전체층을 슬리팅하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 '슬리팅하는 단계'는 단지 집전체층을 커터에 의해 선형으로 절단하여 가공하는 것뿐만 아니라, 금형에 의해 펀칭하는 노칭(notching)도 포함하는 것으로서, 전극 가공 공정에서 있어서 전극을 절삭하는 단계를 의미한다. 구체적으로, 상기 합제층을 형성하는 단계는, 바인더 함량이 높은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 저바인더 함유 영역을 포함하도록 형성하되, 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 합제층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로, 제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역을 순차 형성하고, 여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수이다.
본 발명에 따른 전극 제조방법은, 바인더 함량이 서로 다른 합제용 슬러리를 스트라이프 코팅을 통해 집전체층 상에 토출함으로써 수행하게 된다. 이 때, 상기 합제층을 형성하는 단계에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다. 구체적으로, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 내지 500 중량% 범위, 20 내지 400 중량% 범위, 20 내지 300 중량% 범위, 100 내지 500 중량% 범위, 200 내지 500 중량% 범위, 300 내지 500 중량% 범위, 20 내지 150 중량% 범위, 30 내지 100 중량% 또는 50 내지 90 중량% 범위이다. 상기 바인더 함량의 편차는, 저바인더 영역에 함유된 바인더 함량 대비 고바인더 영역과 저바인더 영역에 각각 함유된 바인더 함량의 차이를 백분율로 환산한 수치이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 합제층을 형성하는 단계는, 이중 슬릿 코팅 장치를 이용한 스트라이프 코팅에 의해 수행한다. 예를 들어, 상기 이중 슬릿은 제1 및 제2 슬릿이 순차적으로 형성된 구조이고, 제1 슬릿은 집전체층 상에 제1 슬러리를 패턴화된 형태로 토출하고, 제2 슬릿은 집전체층 상에 토출된 제1 슬러리 패턴 사이를 충진하는 형태로 제2 슬러리를 토출하게 된다.
구체적인 예에서, 상기 제1 슬릿을 통해 토출되는 제1 슬러리는 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 슬러리이고, 상기 제2 슬릿을 통해 토출되는 제2 슬러리는 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 슬러리이다. 이는, 고바인더 함유 슬러리를 패턴을 형성하도록 먼저 토출하고, 형성된 패턴 사이의 간격을 충진하도록 저바인더 함유 슬러리를 토출하는 것이다. 본 발명에서, 제1 및 제2 슬러리의 토출 순서는 특별히 제한되지 않으나, 고바인더 함유 슬러리를 먼저 토출함으로써, 집전체층과의 접합력을 높이고, 공정 과정에서 토출 위치를 고정하는 효과가 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 제조방법은, 상기 합제층을 형성하는 단계 이전에, 집전체 상에 바인더 함량이 높은 슬러리를 토출하여 하부 합제층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 합제층을 형성하는 단계는, 형성된 하부 합제층 상에 상부 합제층을 형성하는 과정으로 수행 가능하다.
예를 들어, 상기 하부 합제층의 바인더 함량과 상부 합제층 중 고바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 15 중량% 이하이다. 또한, 상기 상부 합제층에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상이다. 각 바인더 함량에 따른 수치 내지 편차 범위는 앞서 설명한 바와 중복되므로 생략한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 하부 합제층과 상부 합제층의 두께 비율은, 1:1.5 내지 1:20 범위이다. 구체적으로, 하부 합제층과 상부 합제층의 두께 비율은, 1:2.5 내지 1:15 범위, 1:5 내지 1:20 범위, 1:5 내지 1:10 범위, 1:1.5 내지 1:5 범위 또는 1:15 내지 1:20 범위이다. 상기 두께 비율은, 전극의 용량과 집전체층과 합제층 사이의 접합력을 고려하여 선정된 것이다.
본 발명에 따른 이차전지용 극판은 양극 또는 음극일 수 있다. 본 발명에 따른 극판 또는 전극은 이차전지, 구체적으로는 리튬 이차전지에 적용 가능하다. 상기 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해액; 및 상기 전극 조립체와 상기 비수 전해액을 내장하는 전지 케이스를 포함하는 구조이다. 상기 비수 전해액은 예를 들어, 리튬 염을 포함하는 전해액이다. 이하에서는, 각 전극의 구체적인 성분에 대하여 설명하나, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극은, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극 합제층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 양극 합제층은 양극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 양극 합제층 중에 94.0 내지 98.5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 양극 활물질의 함량이 상기 범위를 만족할 때 고용량 전지의 제작, 그리고 충분한 양극의 도전성이나 전극재간 접착력을 부여하는 면에서 유리하다.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 합제용 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
양극 합제층은 도전재를 더 포함한다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 합제층 조성 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 도전재로는 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 등이 사용될 수 있다.
바인더 성분으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자가 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.
상기 바인더 고분자 함량은 상부 양극 활물질층 및 하부 양극 활물질층에 포함되는 도전재 함량에 비례한다. 이는 활물질에 비해 입자 크기가 상대적으로 매우 작은 도전재에 접착력을 부여하기 위함으로 도전재 함량이 증가하면 바인더 고분자가 더 필요하게 되고, 도전재 함량이 감소하면 바인더 고분자가 적게 사용될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 음극은, 음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극 합제층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 음극 합제층은 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 음극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질은 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 음극은 당해 분야에 통상적으로 사용되는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 분리막은 리튬 이차전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 또는 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 또는 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.
한편, 상기 다공성 기재로 구성된 분리막의 기계적 강도 향상 및 양극과 음극 사이의 단락 억제를 위해, 상기 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트 또는 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오 네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
제조예 1: 바인더 함량이 높은 합제의 제조(제1 합제)
양극 활물질로 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 3.5 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 제1 합제 슬러리를 제조하였다.
제조예 2: 바인더 함량이 낮은 합제의 제조(제2 합제)
양극 활물질로 NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka, 평균 직경(D50) 15 내지 40 nm) 0.1 중량부 및 바인더 고분자로 KF9700(Kureha) 2 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 제2 합제 슬러리를 제조하였다.
실시예 1: 이차전지용 극판의 제조
제1 및 제2 합제 슬러리를 알루미늄 호일로 형성된 집전제층 상에 이중 슬릿 코팅 장치를 이용한 스트라이프 코팅하였다. 구체적으로, 상기 이중 슬릿 코팅 장치에서 제1 슬릿을 통해 제1 합제 슬러리를 600 mg/25cm2의 로딩양으로 집전체층 상에 3개의 라인이 형성되도록 스트라이프 코팅하고, 이어서 토출된 제1 합제 슬러리 라인들 사이를 충진하도록 제2 슬릿을 통해 제2 합제 슬러리를 동일 로딩양으로 토출하였다. 상기 이중 슬릿 코팅 장치에서, 토출물의 라인의 수 및 폭은 토출구에 배치하는 용심의 형태에 의해 제어된다. 토출된 제1 합제 슬러리의 폭과 제2 합제 슬러리의 폭의 비율은 1:10 수준이다. 이후, 진공 건조과정을 거친 양극 합제층의 두께는 평균 100 ㎛ 이다.
제조된 극판의 단면 구조는 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1은 제조된 극판(100)의 폭 방향(MD) 단면을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따라 제조된 극판(100)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(110) 상에 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)과 바인더 함량이 낮은 영역(122a, 122b)로 구분된 합제층(120)이 형성된 구조이다. 상기 합제층(120)의 평균 두께(D1)는 100 ㎛인 것으로 측정되었다.
상기 극판(100)에서, 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)은 합제층(120)의 양 가장자리(121a)와 중앙(121b)에 형성된 구조이고, 바인더 함량이 낮은 영역(122a, 122b)은 상기 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)들 사이를 충진하는 구조이다.
또한, 상기 극판(100)의 합제층(120)을 기준으로, 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)에서, 높이 20%인 지점(DL1)과 80%인 지점(DH1)에서 각각 측정한 바인더 함량의 차이는 12 중량% 이하이며, 실제로는 1 중량% 수준인 것으로 확인되었다. 이는 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)의 바인더 함량은 전체적으로 균일한 것을 의미한다.
실시예 2: 이차전지용 극판의 제조
토출된 제1 합제 슬러리의 폭과 제2 합제 슬러리의 폭의 비율이 1:500 수준인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 극판을 제조하였다.
실시예 3: 이차전지용 극판의 제조
이중 슬릿 코팅 장치에서 제1 슬릿을 통해 5개 라인이 형성되도록 제1 합제 슬러리를 토출하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 극판을 제조하였다.
실시예 4: 이차전지용 극판의 제조
알루미늄 호일 상에 제1 합제 슬러리를 60 mg/25cm2의 로딩양으로 코팅하여 하부 합제층을 형성하였다. 형성된 하부 합제층 상에 상부 합제층을 형성하였다.
상기 상부 합제층은, 이중 슬릿 코팅 장치에서 제1 슬릿을 통해 제1 합제 슬러리를 540 mg/25cm2의 로딩양으로 집전체층 상에 3개의 라인이 형성되도록 스트라이프 코팅하고, 이어서 토출된 제1 합제 슬러리 라인들 사이를 충진하도록 제2 슬릿을 통해 제2 합제 슬러리를 동일 로딩양으로 토출하였다. 토출된 제1 합제 슬러리의 폭과 제2 합제 슬러리의 폭의 비율은 1:10 수준이다.
진공 건조과정을 거친 양극 합제층의 두께는 평균 100 ㎛ 이다.
제조된 극판의 단면 구조는 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2는 제조된 극판(200)의 폭 방향(MD) 단면을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 상기 실시예에 따라 제조된 극판(200)은 알루미늄 호일로 형성된 집전체층(210) 상에 하부 합제층(220)과 상부 합제층(230)이 순차적으로 형성된 구조이다. 또한, 상기 상부 합제층(230)은 바인더 함량이 높은 영역(231a, 231b)과 바인더 함량이 낮은 영역(232a, 232b)로 구분된 구조이다. 상기 합제층(220)의 평균 두께(D2)는 100 ㎛인 것으로 측정되었다.
또한, 상기 극판(200)의 전체 합제층을 기준으로, 바인더 함량이 높은 영역(231a, 231b)에서, 높이 20%인 지점(DL2)과 80%인 지점(DH2)에서 각각 측정한 바인더 함량의 차이는 12 중량% 이하이며, 실제로는 1 중량% 수준인 것으로 확인되었다. 이 결과는, 바인더 함량이 높은 영역(121a, 121b)의 바인더 함량은 전체적으로 균일한 것을 의미한다.
실시예 5
하부 합제층을 형성하는 합제 슬러리 제조시, 도전재로 탄소나노튜브(LUCAN-BT1001M, LG Chem, 종횡비(aspect ratio) 100~300)를 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 이차전지용 극판을 제조하였다.
비교예: 이차전지용 극판의 제조
제2 합제 슬러리만을 토출하여 합제층을 형성하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지용 극판을 제조하였다.
실험예: 극판에 대한 슬리팅 수행
실시예 1, 2 및 비교예에서 제조된 각 시편에 대하여, 슬리팅을 수행하고 불량 여부를 판별하였다. 실시예 1, 2의 시편에 대해서, 제1 합제 슬러리가 도포된 영역을 따라 슬리팅을 수행하였다. 비교예의 시편에 대해서는, 실시예 1, 2의 슬리팅 위치와 각각 대응되는 위치에 슬리팅을 수행하였다.
도 3은 본 실시예에 따른 극판의 정면도를 도시한 것으로, 슬리팅 공정을 수행하기 전의 극판을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 상기 극판(300)은 집전제층(310) 상에 폭 방향(MD)으로 바인더 함량이 높은 영역(321a, 321b)과 바인더 함량이 낮은 영역(322a, 322b)이 교대 반복하는 구조의 합제층이 형성된 형태이다. 집전체층(310)의 폭 방향(MD) 양측 가장자리는 합제층이 형성되지 않은 무지부이다. 또한, 폭 방향(MD)을 기준으로, 바인더 함량이 높은 영역(321a, 321b)의 폭(LBH)과 바인더 함량이 낮은 영역(322a, 322b)의 폭(LBL)은 실시예 1에서는 1:10, 실시예 2에서는 1:500의 비율이다. 상기 극판(300)에서 바인더 함량이 높은 영역(321a, 321b)을 따라 길이방향으로 슬리팅이 수행된다.
각 시편 10개에 대하여 슬리팅을 수행하고, 육안 관찰을 통해 불량 여부를 판정하였다. 그 결과, 실시예 1, 2의 경우에는 모든 시편이 정상인 것으로 확인되었다. 그러나, 비교예의 경우에는 총 3개의 시편이 불량인 것으로 판정되었고, 구체적으로는 2개의 시편에서 합제층의 일부 파손이 관찰되고 1개이 시편에서 집전제층과 합제층 사이의 계면이 벌어진 것을 확인하였다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100, 200, 300: 극판
110, 210, 310: 집전체층
120: 합제층
121a, 121b, 231a, 231b, 321a, 321b: 바인더 함량이 높은 영역
122a, 122b, 232a, 232b, 322a, 322b: 바인더 함량이 낮은 영역
220: 하부 합제층
230: 상부 합제층

Claims (14)

  1. 집전체층; 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극용 합제층을 포함하며,
    상기 합제층은, 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 영역을 포함하되,
    폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 합제층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로,
    제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역이 순차 형성된 구조이고,
    여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수인 이차전지용 극판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상인 이차전지용 극판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 비율은 1.2:1 내지 30:1 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지용 극판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고바인더 함유 영역은,
    합제층의 두께를 기준으로,
    높이 20%지점의 바인더 함량(BL)과 높이 80% 지점의 바인더 함량(BH)의 편차는 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지용 극판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고바인더 함유 영역의 폭(LBH)와 저바인더 함유 영역의 폭(LBL)의 비(LBH : LBL)는, 1:3 내지 1:600 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지용 극판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 집전체의 양측 가장자리는 합제층이 형성되지 않은 무지부를 포함하는 이차전지용 극판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고바인더 함유 영역은,
    전극 슬리팅 공정에서 절삭이 수행되는 영역인 것을 특징으로 하는 이차전지용 극판.
  8. 집전체층의 일면 또는 양면에 전극용 합제층을 형성하는 단계; 및
    합제층이 형성된 집전체층을 슬리팅하는 단계를 포함하며,
    상기 합제층을 형성하는 단계는,
    바인더 함량이 높은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 고바인더 함유 영역과 바인더 함량이 낮은 전극 합제용 슬러리를 토출하여 형성한 저바인더 함유 영역을 포함하도록 형성하되,
    폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 합제층의 일측 가장자리부터 타측 가장자리 방향으로,
    제1 고바인더 함유 영역, 제1 저바인더 함유 영역, 제k 고바인더 함유 영역, 제k 저바인더 함유 영역 및 제n 고바인더 함유 영역을 순차 형성하고,
    여기서, k는 2 내지 n-1 사이의 정수이고, n은 3 내지 10 사이의 정수인 이차전지용 전극 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 합제층을 형성하는 단계에서,
    상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상인 이차전지용 전극 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 합제층을 형성하는 단계는,
    이중 슬릿 코팅 장치를 이용한 스트라이프 코팅에 의해 수행하되,
    제1 슬릿은 집전체층 상에 제1 슬러리를 패턴화된 형태로 토출하고,
    제2 슬릿은 집전체층 상에 토출된 제1 슬러리 패턴 사이를 충진하는 형태로 제2 슬러리를 토출하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 슬릿을 통해 토출되는 제1 슬러리는 바인더 함량이 높은 고바인더 함유 슬러리이고,
    상기 제2 슬릿을 통해 토출되는 제2 슬러리는 바인더 함량이 낮은 저바인더 함유 슬러리인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 합제층을 형성하는 단계 이전에,
    집전체 상에 바인더 함량이 높은 슬러리를 토출하여 하부 합제층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 합제층을 형성하는 단계는,
    형성된 하부 합제층 상에 상부 합제층을 형성하는 과정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하부 합제층의 바인더 함량과 상부 합제층 중 고바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 15 중량% 이하이고,
    상기 상부 합제층에서, 상기 고바인더 함유 영역과 저바인더 함유 영역의 바인더 함량의 편차는 20 중량% 이상인 이차전지용 전극 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 하부 합제층과 상부 합제층의 두께 비율은,
    1:1.5 내지 1:20 범위인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230056220A (ko) * 2021-10-20 2023-04-27 에스케이온 주식회사 급속 충전 성능이 개선된 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS543153B2 (ko) * 1972-03-06 1979-02-19
US5863336A (en) * 1996-04-08 1999-01-26 General Electric Company Apparatus for fabrication of superconductor
JP5110619B2 (ja) * 2006-08-29 2012-12-26 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池とその製造方法。
JP5260851B2 (ja) 2006-09-28 2013-08-14 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池
US9263730B2 (en) * 2010-05-12 2016-02-16 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Electrode for lithium-ion secondary battery and manufacturing process for the same
JP2013149403A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Hitachi Ltd リチウムイオン二次電池負極、リチウムイオン二次電池負極を用いたリチウムイオン二次電池、および、それらの製造方法
JP6044095B2 (ja) * 2012-03-28 2016-12-14 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
KR20140110353A (ko) * 2013-03-07 2014-09-17 삼성에스디아이 주식회사 초음파 혼 및 이를 사용하여 제조된 이차 전지
JP6108166B2 (ja) 2013-06-28 2017-04-05 トヨタ自動車株式会社 二次電池用電極
TWI569504B (zh) * 2013-09-30 2017-02-01 Ｌｇ化學股份有限公司 具有改良之偏向運動之電極以及包含該電極之二次電池
KR101684336B1 (ko) * 2014-01-09 2016-12-08 주식회사 엘지화학 하이브리드 스택-폴딩형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
JP2016219302A (ja) 2015-05-22 2016-12-22 凸版印刷株式会社 二次電池用の電極およびその製造方法
KR20170010587A (ko) * 2015-07-20 2017-02-01 삼성전자주식회사 전극판, 이를 포함하는 전극조립체 및 이차전지
US20170263981A1 (en) * 2016-03-11 2017-09-14 Hitachi Metals, Ltd. Bipolar laminated all-solid-state lithium-ion rechargeable battery and method for manufacturing same
KR102015431B1 (ko) * 2016-03-29 2019-08-28 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 슬러리 제조방법
CN108713271B (zh) * 2016-06-27 2021-09-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 电芯以及使用此电芯的电池
DE102017204932B4 (de) 2017-03-23 2018-10-11 Zf Friedrichshafen Ag Planetengetriebe für einen Wankstabilisator mit Federmechanismus
DE102017207439A1 (de) * 2017-05-03 2018-11-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektroden mit verbesserter Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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