KR20210066529A - Manufacturing method an anode for lithium metal battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 금속 전지 등의 전기화학소자에 이용될 수 있는 리튬 금속 전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery that can be used in an electrochemical device such as a lithium metal battery.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용 분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차 전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발로 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more concrete as the field of application is expanding to cell phones, camcorders, notebook PCs, and even the energy of electric vehicles. Electrochemical devices are receiving the most attention in this regard, and among them, the development of rechargeable batteries that can be charged and discharged has become the focus of interest. Recently, in developing such batteries, new electrodes to improve capacity density and specific energy and research and development of battery design.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.Among the currently applied secondary batteries, lithium secondary batteries developed in the early 1990s have a higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and lead sulfate batteries using aqueous electrolyte solutions. is gaining popularity as
이러한 리튬 이차전지는 대표적으로 리튬 금속 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 이 중 리튬 금속 전지는 리튬 금속 또는 리튬 합금을 음극으로 사용한다. 이 중 리튬 금속은 가장 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있는 장점이 있어 지속적인 연구가 이루어지고 있다. The lithium secondary battery may be typically classified into a lithium metal battery, a lithium ion battery, and a lithium polymer battery. Among them, a lithium metal battery uses lithium metal or a lithium alloy as an anode. Among them, lithium metal has the advantage of obtaining the highest energy density, so continuous research is being conducted.
여기서, 리튬 이차전지는 사용되는 분야 등을 고려하여 다양한 크기로 제조되는데 이를 위해 소정의 크기로 재단하는 공정이 필수적이다. Here, the lithium secondary battery is manufactured in various sizes in consideration of the field of use, and for this purpose, a process of cutting to a predetermined size is essential.
또한, 연속적인 전극 시트를 단위 전극 간격으로 노칭하는 과정이 필요하다. 상기 노칭 과정은 일반적으로 타발기를 사용하여 전극 시트의 일부를 노칭하는 방식이 사용되고 있다.In addition, a process of notching a continuous electrode sheet at a unit electrode interval is required. In the notching process, a method of notching a portion of the electrode sheet using a punching machine is generally used.
이때, 리튬을 음극으로 포함하는 리튬 금속 전지는, 리튬 금속이 연성이 좋고 무른 특성을 가지기 때문에 제조 과정에서 음극 커팅용 금형이나 타발기에 리튬 금속이 묻어 나오거나, 버(Burr) 등의 잔류물이 남아 안전성과 공정성을 저해하는 문제가 있다.At this time, since lithium metal batteries containing lithium as an anode have good ductility and brittle properties, lithium metal may be smeared on the anode cutting mold or punching machine during the manufacturing process, or residues such as burrs This remains a problem that undermines safety and fairness.
또한, 음극 절삭 시에 집전체와 리튬 금속을 동시에 타발해야 하므로 절삭날의 강도를 고려해야 하며, 리튬 금속이 절삭날에 달라붙는 문제도 고려해야 한다.In addition, since the current collector and the lithium metal must be punched at the same time when cutting the negative electrode, the strength of the cutting edge must be considered, and the problem of lithium metal sticking to the cutting edge must also be considered.
이러한 문제를 해결하기 위해 레이져로 절삭하거나, 절삭 후 표면을 롤링하는 공정이 추가되기도 하였지만, 레이저 절삭은 레이저에 의한 리튬 금속의 비산 문제가 있고, 롤링 공정을 추가하는 경우 별도 공정이 추가되어 비용적, 시간적 측면 등에서 문제가 있다.In order to solve this problem, a process of cutting with a laser or rolling the surface after cutting has been added. However, laser cutting has a problem of scattering of lithium metal by the laser, and when adding a rolling process, a separate process is added to reduce cost. , there is a problem in terms of time, etc.
한편, 리튬 금속 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 집전체 없이 리튬 금속을 단독 전극으로 적용하는 사례가 증가하고 있다. 다만, 이 경우, 리튬 금속의 무른 특성으로 인해 전극 시트의 연속적인 제조 공정에서 리튬 금속이 끊어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, in order to increase the energy density of a lithium metal battery, the case of applying lithium metal as a single electrode without a current collector is increasing. However, in this case, a problem such as breakage of the lithium metal in the continuous manufacturing process of the electrode sheet may occur due to the brittle characteristics of the lithium metal.
본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서 리튬 금속 전지용 음극의 제조방법에서, 리튬 금속이 무른 연성을 가짐에 따라 발생하는 문제점을 방지하는 것이다. Embodiments of the present invention are proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and in a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery, a problem that occurs as lithium metal has soft ductility is prevented.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은, 언와인더를 이용하여 리튬 금속전극을 공급하는 단계; 상기 리튬 금속전극의 표면에 윤활유를 도포하는 단계; 전극 탭을 형성하기 위해 상기 리튬 금속전극의 제거 예정부를 커팅하는 단계; 리와인더를 이용하여 상기 리튬 금속전극을 회수하는 단계; 및 상기 언와인더와 상기 리와인더를 조정하여 상기 리튬 금속전극에 인가되는 장력을 조절하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment of the present invention includes: supplying a lithium metal electrode using an unwinder; applying lubricating oil to the surface of the lithium metal electrode; cutting a portion to be removed of the lithium metal electrode to form an electrode tab; recovering the lithium metal electrode using a rewinder; and adjusting the tension applied to the lithium metal electrode by adjusting the unwinder and the rewinder.
상기 리튬 금속전극에 1N 내지 6N의 장력이 인가될 수 있다.A tension of 1N to 6N may be applied to the lithium metal electrode.
상기 제거 예정부는 복수개로 서로 이격되어 위치하며, 상기 윤활유를 도포하는 단계는, 상기 리튬 금속전극 표면 중 상기 제거 예정부와 대응하는 부분에 상기 윤활유를 간헐적으로 도포하는 단계를 포함할 수 있다.A plurality of the removal scheduled portions may be positioned spaced apart from each other, and the applying of the lubricant may include intermittently applying the lubricant to a portion of the surface of the lithium metal electrode corresponding to the removal scheduled portion.
상기 리튬 금속전극의 두께는 40nm 내지 100μm일 수 있다.The thickness of the lithium metal electrode may be 40 nm to 100 μm.
상기 리튬 금속전극은 상기 언와인더와 상기 리와인더 사이에 배치된 하나 이상의 가이드 롤러의 적어도 일부를 감싸며 이동할 수 있다.The lithium metal electrode may move while surrounding at least a portion of one or more guide rollers disposed between the unwinder and the rewinder.
상기 커팅하는 단계는, 상기 제거 예정부와 대응하는 상부 금형이 상기 리튬 금속전극을 사이에 두고 하부 금형에 삽입되어 상기 제거 예정부를 커팅하는 단계를 포함할 수 있다.The cutting may include inserting an upper mold corresponding to the removal scheduled portion into a lower mold with the lithium metal electrode interposed therebetween to cut the removal scheduled portion.
상기 상부 금형은 초경 합금 및 서멧(cermet) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The upper mold may include at least one of cemented carbide and cermet.
상기 상부 금형의 강도는 1500kg/mm2 내지 2500kg/mm2일 수 있다.The strength of the upper mold may be 1500kg / mm 2 to about 2500kg / mm 2.
상기 커팅하는 단계에서, 상기 제거 예정부가 제거됨에 따라 서로 이격된 복수의 상기 전극 탭이 형성될 수 있다.In the cutting step, as the removal scheduled portion is removed, a plurality of the electrode tabs spaced apart from each other may be formed.
상기 윤활유는 C9H20(nonane), C10H22(decane), C11H22(undecene), C11H24(undecane), C12H24(dodecene), C12H26(dodecane), 실리콘 수지, 유동 파라핀, 불소 수지 및 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The lubricant is C 9 H 20 (nonane), C 10 H 22 (decane), C 11 H 22 (undecene), C 11 H 24 (undecane), C 12 H 24 (dodecene), C 12 H 26 (dodecane) , silicone resin, liquid paraffin, fluororesin, and polycarbonate (PC) may include at least one.
상기 언와인더 및 상기 리와인더에 의해 상기 리튬 금속전극이 연속적으로 공급 및 회수될 수 있다.The lithium metal electrode may be continuously supplied and recovered by the unwinder and the rewinder.
상기 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은 상기 리튬 금속전극의 상부 및 하부 각각에 위치한 상부 밀과 하부 밀이 상기 리튬 금속전극을 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the negative electrode for a lithium metal battery may further include rolling the lithium metal electrode by an upper mill and a lower mill located on the upper and lower portions of the lithium metal electrode, respectively.
상기 윤활유를 도포하는 단계는, 상기 리튬 금속전극을 압연하는 단계와 동시에 이루어질 수 있다.The step of applying the lubricant may be performed simultaneously with the step of rolling the lithium metal electrode.
본 발명의 실시예들에 따르면, 윤활유를 도포한 후 리튬 금속전극을 절삭함에 따라 버 발생이 억제된 리튬 금속 전지용 음극의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery in which burr generation is suppressed by cutting a lithium metal electrode after applying a lubricant.
또한, 연속적으로 리튬 금속 전지용 음극을 제조하는 롤투롤(Roll to Roll) 공정에서 리튬 금속전극에 적용되는 장력을 조절하여 리튬 금속전극이 끊어지는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the lithium metal electrode from breaking by adjusting the tension applied to the lithium metal electrode in a roll to roll process of continuously manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다.
도 3 내지 5는 각각 도 1의 “B” 부분을 시간의 흐름에 따라 나타낸 부분 도면이다.
도 6은 도 1의 "C" 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 윤활유를 도포하는 단계와 리튬 금속전극을 압연하는 단계가 동시에 이루어지는 것을 설명하기 위한 부분 도면이다.
도 8은 실시예 1에 따른 리튬 금속전극의 절단면을 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예 1에 따른 리튬 금속전극의 절단면을 나타낸 사진이다.1 is a schematic perspective view for explaining a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial view showing an enlarged portion “A” of FIG. 1 .
3 to 5 are partial views showing a portion “B” of FIG. 1 according to the passage of time, respectively.
6 is a partial view showing an enlarged portion "C" of FIG.
7 is a partial view for explaining that the step of applying the lubricant and the step of rolling the lithium metal electrode are simultaneously performed according to an embodiment of the present invention.
8 is a photograph showing a cut surface of the lithium metal electrode according to Example 1. Referring to FIG.
9 is a photograph showing a cut surface of the lithium metal electrode according to Comparative Example 1.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. And in the drawings, for convenience of description, the thickness of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to the gravitational force. no.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, "planar view" means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional view" means when the target part is vertically cut cross-section when viewed from the side.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.1 is a schematic perspective view for explaining a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은 언와인더(200)를 이용하여 리튬 금속전극(100)를 공급하는 단계, 리튬 금속전극(100)의 표면에 윤활유를 도포하는 단계, 전극 탭을 형성하기 위해 리튬 금속전극(100)의 제거 예정부를 커팅하는 단계, 리와인더(300)를 이용하여 리튬 금속전극(100)을 회수하는 단계 및 언와인더(200)와 리와인더(300)를 조정하여 리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력을 조절하는 단계를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the method for manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of supplying a
구체적으로, 언와인더(200)를 이용하여 리튬 금속전극(100)를 풀어서 진행 경로로 공급하고, 이후 리와인더(300)를 이용하여 리튬 금속전극(100)를 감아 회수하여, 리튬 금속전극(100)이 연속적으로 공급 및 회수될 수 있다. 즉, 본 실시예에서의 리튬 금속 전지용 음극의 제조방법의 전 공정은 롤투롤(roll to roll) 공정에 의해 연속적으로 수행되는 것이다.Specifically, the
롤투롤 공정은 롤(roll) 형태의 필름(film) 또는 웹(web)에 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치를 의미한다.The roll-to-roll process refers to an apparatus for performing various types of processes on a roll-type film or web.
리튬 금속 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 집전체 없이 리튬 금속을 단독으로 전극에 적용할 수 있는데, 리튬 금속전극(100)의 리튬 금속은 특유의 무른 특성으로 인해 롤투롤 공정 과정에서 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.In order to increase the energy density of the lithium metal battery, lithium metal can be applied to the electrode alone without a current collector. However, the lithium metal of the
이를 방지하기 위해, 언와인더(200) 및 리와인더(300)는 리튬 금속전극(100)를 공급하고 회수하는 역할뿐만 아니라 리튬 금속전극(100)에 적용되는 장력(tension)을 조절하는 역할을 담당할 수 있다.To prevent this, the
구체적으로 본 실시예에서는 언와인더(200)와 리와인더(300)를 조정하여, 리튬 금속전극(100)에 1N 내지 6N의 장력이 인가될 수 있다. 언와인더(200)와 리와인더(300) 사이의 간격, 위치, 직경, 언와언더(200)의 공급 속도와 리와인더(300)의 회수 속도 등을 조절함으로써, 리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력을 1N 내지 6N으로 유지할 수 있다.Specifically, in the present embodiment, a tension of 1N to 6N may be applied to the
리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력이 1N 미만이라면 충분한 장력이 부여되지 않아, 연속적인 롤투롤 공정을 구현하기 어려움이 있을 수 있다. 한편 리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력이 6N 초과이면, 과도한 장력으로 인해 롤투롤 공정 과정에서 리튬 금속전극(100)가 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.If the tension applied to the
즉, 리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력이 1N 내지 6N으로 유지되어야, 이후 설명하는 윤활유를 도포하는 단계, 제거 예정부를 커팅하는 단계나 리튬 금속전극을 압연하는 단계 등을 포함하는 연속적인 롤투롤 공정이 리튬 금속전극(100)의 끊어짐 없이 원활하게 이루어질 수 있다.That is, when the tension applied to the
한편, 리튬 금속전극(100)는 언와인더(200)와 리와인더(300) 사이에 배치된 하나 이상의 가이드 롤러(500)의 적어도 일부를 감싸며 언와인더(200)에서부터 리와인더(300)까지 이동할 수 있다.On the other hand, the
가이드 롤러(500)를 배치함으로써, 이동하는 리튬 금속전극(100)의 틀어짐을 방지하고, 언와인더(200)와 리와인더(300)에 의해 조절되는 장력이 리튬 금속전극(100)의 구역마다 균일하게 적용될 수 있다.By disposing the
도 2는, 리튬 금속전극(100)의 표면에 윤활유를 도포하는 단계를 설명하기 위해, 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다.FIG. 2 is a partial view showing an enlarged portion “A” of FIG. 1 in order to explain the step of applying lubricating oil to the surface of the
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은 리튬 금속전극(100)의 표면에 윤활유(410)를 도포하는 단계를 포함한다. 도 2는 그에 대한 하나의 예시로써, 언와인더와 리와인더에 의해 기설정된 방향으로 리튬 금속전극(100)가 이동할 때, 도포 장치(400)에서부터 리튬 금속전극(100)의 표면으로 윤활유(410)가 분사되어 상기 도포가 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2 , the method for manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to the present embodiment includes applying a
이러한 도포 방법은 하나의 예시이며, 당업계에서 사용 가능한 방법이면 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 스프레이 방법 또는 딥 코팅 방식으로 도포할 수 있다.This coating method is an example, and any method available in the art can be used without limitation. For example, it may be applied by a spray method or a dip coating method.
이러한 윤활유(410)를 도포하는 단계는, 리튬 금속전극(100)의 일부를 절단하는 과정에서 리튬 금속이 묻어 나오거나 버(Burr) 등의 잔류물이 남는 것을 방지하기 위한 것으로, 이하 도 3 내지 도 5와 함께 설명하도록 한다.The step of applying the lubricating
도 3 내지 도 5는 각각 도 1의 “B” 부분을 시간의 흐름에 따라 나타낸 부분 도면이다. 보다 상세하게는, 도 3은 상, 하부 금형(610, 620)이 리튬 금속전극(100)를 커팅하기 전을 나타낸 도면이고, 도 4는 상, 하부 금형(610, 620)이 리튬 금속전극(100)를 커팅하는 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 커팅 완료 후 상부 금형(610)이 상승하는 모습을 나타낸 도면이다.3 to 5 are partial views showing a portion “B” of FIG. 1 according to the passage of time, respectively. In more detail, FIG. 3 is a view showing the upper and
본 실시예에 따르면, 전극 탭(120)을 형성하기 위해 리튬 금속전극(100)의 제거 예정부(110)를 커팅하는 단계가 이어질 수 있다.According to the present embodiment, a step of cutting the removal scheduled
도 3 및 도 4를 참고하면, 기설정된 방향으로 이동하는 리튬 금속전극(100)의 상하에 각각 상부 금형(610)과 하부 금형(620)이 배치될 수 있다. 3 and 4 , an
상기 커팅하는 단계는 제거 예정부(110)와 대응하는 상부 금형(610)이 리튬 금속전극(100)를 사이에 두고 하부 금형(620)에 삽입되어 제거 예정부(110)를 커팅하는 단계를 포함할 수 있다. The cutting step includes cutting the removal scheduled
구체적으로 도시하지는 않았으나 상부 금형(610)의 하단부 변들을 따라 절삭날이 위치할 수 있고, 하부 금형(620)에는 상부 금형(610)의 형상과 대응하는 만입부(621)가 형성될 수 있다. 리튬 금속전극(100)를 사이에 두고 상부 금형(610)이 만입부(621)에 삽입됨으로써, 상부 금형(610)의 절삭날들이 리튬 금속전극(100)의 제거 예정부(110)를 커팅할 수 있다.Although not specifically illustrated, the cutting edge may be positioned along the lower end sides of the
도 5를 참고하면, 커팅이 완료된 상부 금형(610)은 상승하고, 전극 탭(120)을 형성된 모습을 확인할 수 있다. 즉, 제거 예정부가 커팅되어 일종의 노치 구조를 마련함으로써, 리튬 금속전극(100)에 전극 탭(120)이 형성된다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the cut
아울러, 기설정된 방향으로 연속적으로 이동하는 리튬 금속전극(100)에 대해 상, 하부 금형(610, 620)이 반복적으로 커팅을 실시함으로써, 복수의 전극 탭(120)이 일정한 간격으로 두고 서로 이격되어 형성될 수 있다.In addition, by repeatedly cutting the upper and
다만, 리튬 금속이 연성이 좋고 무른 특성을 가지기 때문에 제거 예정부(110)를 커팅하는 단계에서 상부 금형(610)의 절삭날에 의해 리튬 금속전극(100)가 밀리거나 잡아당겨져 버(burr) 등의 잔류물이 절삭날 표면에 달라붙는 문제가 발생할 수 있다. However, since the lithium metal has good ductility and soft properties, the
또한, 리튬 금속전극(100)에서 커팅이 이루어진 절단변(100a) 역시도 매끄러운 표면이 형성되기 어려울 수 있다. Also, it may be difficult to form a smooth surface of the cut edge 100a cut in the
상기와 같은 문제점들은 리튬 금속 전지용 음극의 제조 공정의 안전성과 공정성을 저해할 수 있다.The above problems may impair the safety and fairness of the manufacturing process of a negative electrode for a lithium metal battery.
이에, 본 발명은 앞서 설명한 윤활유(410)를 도포하는 단계를 통해 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems through the step of applying the lubricating
특히, 윤활유(410)가 리튬 금속전극(100)에 젖어있는 상태로 코팅되도록 하기 위해 윤활유(410) 도포 직후 곧바로 제거 예정부(110)의 커팅이 이루어지는 것이 바람직하다.In particular, in order to coat the lubricating
상부 금형(610)의 절삭날이 리튬 금속전극(100)를 수직으로 관통하게 되는 경우 버가 발생할 수 있는데, 본 발명과 같이 리튬 금속전극(100)의 표면에 윤활유(410)를 도포하게 되면 버 발생을 감소시킬 수 있다. 버 발생이 감소되므로 커팅이 이루어진 절단변(100a)도 매끄러운 단면을 형성할 수 있다.When the cutting edge of the
이러한 윤활유(410)는 C9H20(nonane), C10H22(decane), C11H22(undecene), C11H24(undecane), C12H24(dodecene), C12H26(dodecane), 실리콘 수지, 유동 파라핀, 불소 수지 및 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.These
이에 따라, 리튬 금속전극(100) 표면의 마찰 저항을 최소화하고 건조가 용이하도록 하여, 최종적으로 리튬 금속전극(100) 표면 상에 손상을 최소화할 수 있다.Accordingly, the frictional resistance of the surface of the
한편, 절삭날을 포함한 상부 금형(610)은 리튬 금속전극(100)의 효과적인 커팅을 위해 초경 합금 및 서멧(cermet) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 강도는 비커스 경도 기준으로 1500kg/mm2 내지 2500kg/mm2일 수 있다.On the other hand, the
한편, 연속적인 롤투롤 공정에서, 복수개의 전극 탭(120) 형성을 위해 복수개의 제거 예정부(110)들은 서로 이격되어 위치한다. 이때, 윤활유(410)를 도포하는 단계는, 리튬 금속전극(100) 표면 중 제거 예정부(110)와 대응하는 부분에 윤활유(410)를 간헐적으로 도포하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, in the continuous roll-to-roll process, a plurality of removal scheduled
즉, 언와인더(200) 및 리와인더(300)에 의해 연속적으로 공급 및 회수되는 리튬 금속전극(100)에 대해, 제거 예정부(110)와 대응하는 부분에만 윤활유(410)가 도포될 수 있도록, 윤활유(410)가 간헐적으로 도포될 수 있다. 이에 따라, 윤활유(410)의 원가 절감이 가능하고, 불필요한 부분에 윤활유(410)가 필요 이상으로 도포되는 것을 막아 잔류 윤활유(410)가 리튬 금속전극(100)에 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다.That is, for the
도 6은, 상부 밀(710)과 하부 밀(720)이 리튬 금속전극(100)를 압연하는 단계를 설명하기 위해, 도 1의 “C” 부분을 확대하여 나타내는 부분 도면이다.6 is a partial view showing an enlarged portion “C” of FIG. 1 in order to explain the step of rolling the
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은 리튬 금속전극(100)의 상부 및 하부 각각에 위치한 상부 밀(710)과 하부 밀(720)이 리튬 금속전극(100)를 압연하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery according to the present embodiment, an
상기 압연이 이루어지기 전 리튬 금속전극(100) 원재료의 두께(X)는 약 400μm 수준이나 상기 압연하는 단계를 거친 후 리튬 금속전극(100)의 두께(Y)는 40nm 내지 100μm일 수 있다. The thickness (X) of the raw material of the
언와인더에서 리와인더까지 연속적으로 이동하는 리튬 금속전극(100)에 인가되는 장력이 1N 내지 6N로 유지되어야, 리튬 금속전극(100)의 끊어짐 없이 연속적인 롤투롤 공정이 이루어질 수 있으며, 이때 1N 내지 6N의 장력이 인가되는 리튬 금속전극(100)의 두께가 40nm 내지 100μm일 수 있다.When the tension applied to the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 윤활유를 도포하는 단계와 리튬 금속전극을 압연하는 단계가 동시에 이루어지는 것을 설명하기 위한 부분 도면이다.7 is a partial view for explaining that the step of applying the lubricant and the step of rolling the lithium metal electrode are simultaneously performed according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법은 윤활유(410)를 도포하는 단계와 리튬 금속전극(100)를 압연하는 단계가 동시에 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the method of manufacturing the negative electrode for a lithium metal battery according to the present embodiment, the step of applying the
구체적으로, 리튬 금속전극(100)의 상부 및 하부에 각각 위치한 상부 밀(710)과 하부 밀(720)이 기설정된 방향으로 이동하는 리튬 금속전극(100)를 압연할 때, 도포 장치(400a)가 상부 밀(710)과 하부 밀(720) 각각에 윤활유(410)를 분사할 수 있다. 이에 따라, 리튬 금속전극(100)의 압연이 이루어짐과 동시에, 윤활유(410)가 리튬 금속전극(100)의 표면에 도포될 수 있다. Specifically, when rolling the
이러한 윤활유(410)는 이후 진행될 수 있는 제거 예정부를 커팅하는 단계에서 버 발생을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 리튬 금속전극(100)의 압연 과정에서 크랙 등의 형성을 방지할 수 있다.The
구체적으로 상부 밀(710)과 하부 밀(720)을 통해 리튬 금속전극(100)의 강제 압연을 유도함에 있어 인가되는 마찰력으로 인해 리튬 금속전극(100)의 표면에 크랙 등이 형성될 위험이 있다. 이에 본 실시예에서는 상부 밀(710)과 하부 밀(720) 표면에 윤활유(410)를 분사함으로써, 일종의 완충 작용으로 마찰력을 감소시켜 크랙 형성을 방지하면서 자연스럽게 리튬 금속전극(100) 표면에 윤활유(410)를 도포할 수 있다.Specifically, there is a risk that cracks may be formed on the surface of the
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail. However, the embodiment according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiment described in detail below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.
실시예 1Example 1
리튬 금속전극을 롤투롤 설비에 개재한 후, 윤활유인 C12H26(dodecane)을 표면에 스프레이 방식으로 1 mg/mm2 도포하였다.After the lithium metal electrode was interposed in the roll-to-roll facility, 1 mg/mm 2 of C 12 H 26 (dodecane), a lubricant, was applied to the surface by a spray method.
이 후, 상기 윤활유가 도포된 리튬 금속전극을 절삭날을 이용하여 절단하였다.Thereafter, the lithium metal electrode coated with the lubricant was cut using a cutting blade.
이 때, 상기 롤투롤 공정 속도는 10m/min 이고, 상기 절삭날의 재질은 초경 합금이며, 상기 초경 합금의 강도는 10Mpa/m0.5이었다. 또한, 언와인더와 리와인더의 간격, 위치, 직경, 언와언더의 공급 속도와 리와인더의 회수 속도 차이 등을 조절하여 리튬 금속전극에 인가되는 장력을 4N으로 제어하였다.At this time, the roll-to-roll process speed was 10 m / min, the material of the cutting edge was a cemented carbide, and the strength of the cemented carbide was 10 Mpa / m 0.5 . In addition, the tension applied to the lithium metal electrode was controlled to 4N by adjusting the gap, position, diameter, and difference between the supply rate of the unwinder and the recovery rate of the rewinder between the unwinder and the rewinder.
비교예 1Comparative Example 1
윤활유를 도포하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 금속 전지용 음극을 제조하였다.A negative electrode for a lithium metal battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that lubricant was not applied.
평가예 1: 버 두께 측정 방법Evaluation Example 1: Burr thickness measurement method
실시예 1 및 비교예 1에서 버 두께는 3D 광학 현미경(Bruker사 제조, Contour Elite K)을 이용하여 절삭 단면을 스캔하여 측정하였다.In Example 1 and Comparative Example 1, the burr thickness was measured by scanning the cutting section using a 3D optical microscope (manufactured by Bruker, Contour Elite K).
실시예 1 및 비교예 1에 따른 버 두께 측정 결과를 표 1에 나타내었으며, 실시예 1과 비교예 1에 따른 리튬 금속전극의 절단면을 각각 도 8과 도 9에 나타내었다.The burr thickness measurement results according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Table 1, and cut surfaces of the lithium metal electrodes according to Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 8 and 9, respectively.
(평균-min)/3sigmaCapability
(average-min)/3 sigma
표 1을 참고하면, 윤활유를 도포한 실시예 1의 경우 버 두께의 평균이 20.14μm로 비교예 1에 비해 버 발생이 저감되는 것을 확인하였다.Referring to Table 1, in the case of Example 1 to which the lubricant was applied, the average burr thickness was 20.14 μm, and it was confirmed that the generation of burrs was reduced compared to Comparative Example 1.
또한, 도 8 및 도 9를 참고하면, 실시예 1의 절단면이 비교예 1의 절단면 보다 버가 적게 발생하여, 매끄러운 표면을 형성한 것을 확인하였다.In addition, referring to FIGS. 8 and 9 , it was confirmed that the cut surface of Example 1 had fewer burrs than the cut surface of Comparative Example 1, thereby forming a smooth surface.
평가예 2: 리튬 금속전극의 두께에 따른 장력(tension) 조절Evaluation Example 2: Adjustment of tension according to the thickness of the lithium metal electrode
롤투롤 설비에 개재된 리튬 금속전극에 대해 그 두께에 따라 끊김이 발생하는 장력을 표 2에 기재하였다.Table 2 shows the tension at which break occurs depending on the thickness of the lithium metal electrode interposed in the roll-to-roll facility.
표 2를 참고하면, 40μm의 리튬 금속전극에 대해 리튬 금속전극에 인가되는 장력을 1.1N으로 조절할 경우 롤투롤 설비 내에서 리튬 금속전극의 공급 및 회수가 원활히 이루어지나, 인가되는 장력이 1.3N이 되면 리튬 금속전극에 끊김이 발생하는 것을 확인하였다.Referring to Table 2, when the tension applied to the lithium metal electrode is adjusted to 1.1N for the lithium metal electrode of 40 μm, the supply and recovery of the lithium metal electrode in the roll-to-roll facility is smoothly performed, but the applied tension is 1.3N. It was confirmed that breakage occurred in the lithium metal electrode.
다음, 80μm의 리튬 금속전극에 대해 리튬 금속전극에 인가되는 장력을 2.4N으로 조절할 경우, 롤투롤 설비 내에서 리튬 금속전극의 공급 및 회수가 원활히 이루어지나, 인가되는 장력이 3.0N이 되면 리튬 금속전극에 끊김이 발생하는 것을 확인하였다.Next, when the tension applied to the lithium metal electrode is adjusted to 2.4N with respect to the lithium metal electrode of 80 μm, the supply and recovery of the lithium metal electrode within the roll-to-roll facility is smoothly performed, but when the applied tension becomes 3.0N, lithium metal It was confirmed that breakage occurred in the electrode.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present is within the scope of the
100: 리튬 금속전극
200: 언와인더
300: 리와인더
400: 도포 장치
410: 윤활유
500: 가이드 롤러
610: 상부 금형
620: 하부 금형
710: 상부 밀
720: 하부 밀100: lithium metal electrode
200: unwinder
300: rewinder
400: applicator
410: lubricant
500: guide roller
610: upper mold
620: lower mold
710: upper mill
720: lower mill
Claims (13)
상기 리튬 금속전극의 표면에 윤활유를 도포하는 단계;
전극 탭을 형성하기 위해 상기 리튬 금속전극의 제거 예정부를 커팅하는 단계;
리와인더를 이용하여 상기 리튬 금속전극을 회수하는 단계; 및
상기 언와인더와 상기 리와인더를 조정하여 상기 리튬 금속전극에 인가되는 장력을 조절하는 단계를 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.supplying a lithium metal electrode using an unwinder;
applying lubricating oil to the surface of the lithium metal electrode;
cutting a portion to be removed of the lithium metal electrode to form an electrode tab;
recovering the lithium metal electrode using a rewinder; and
and adjusting the tension applied to the lithium metal electrode by adjusting the unwinder and the rewinder.
상기 리튬 금속전극에 1N 내지 6N의 장력이 인가되는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery in which a tension of 1N to 6N is applied to the lithium metal electrode.
상기 제거 예정부는 복수개로 서로 이격되어 위치하며,
상기 윤활유를 도포하는 단계는, 상기 리튬 금속전극 표면 중 상기 제거 예정부와 대응하는 부분에 상기 윤활유를 간헐적으로 도포하는 단계를 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
A plurality of the removal scheduled parts are located spaced apart from each other,
The applying of the lubricant may include intermittently applying the lubricant to a portion of the surface of the lithium metal electrode corresponding to the removal scheduled portion.
상기 리튬 금속전극의 두께는 40nm 내지 100μm인 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
The thickness of the lithium metal electrode is 40nm to 100㎛ method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
상기 리튬 금속전극은 상기 언와인더와 상기 리와인더 사이에 배치된 하나 이상의 가이드 롤러의 적어도 일부를 감싸며 이동하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
The lithium metal electrode is a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery that moves while surrounding at least a portion of one or more guide rollers disposed between the unwinder and the rewinder.
상기 커팅하는 단계는, 상기 제거 예정부와 대응하는 상부 금형이 상기 리튬 금속전극을 사이에 두고 하부 금형에 삽입되어 상기 제거 예정부를 커팅하는 단계를 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
The cutting step includes inserting the upper mold corresponding to the removal scheduled portion into the lower mold with the lithium metal electrode interposed therebetween to cut the removal scheduled portion.
상기 상부 금형은 초경 합금 및 서멧(cermet) 중 적어도 하나를 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 6,
The upper mold is a method of manufacturing a lithium metal battery negative electrode comprising at least one of a cemented carbide and a cermet (cermet).
상기 상부 금형의 강도는 1500kg/mm2 내지 2500kg/mm2인 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 6,
The strength of the upper mold is 1500kg/mm 2 to 2500kg/mm 2 A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery.
상기 커팅하는 단계에서, 상기 제거 예정부가 제거됨에 따라 서로 이격된 복수의 상기 전극 탭이 형성되는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
In the cutting step, as the removal scheduled portion is removed, a plurality of the electrode tabs spaced apart from each other are formed.
상기 윤활유는 C9H20(nonane), C10H22(decane), C11H22(undecene), C11H24(undecane), C12H24(dodecene), C12H26(dodecane), 실리콘 수지, 유동 파라핀, 불소 수지 및 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 중 적어도 하나를 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
The lubricant is C 9 H 20 (nonane), C 10 H 22 (decane), C 11 H 22 (undecene), C 11 H 24 (undecane), C 12 H 24 (dodecene), C 12 H 26 (dodecane) , A method of manufacturing a lithium metal battery negative electrode comprising at least one of silicone resin, liquid paraffin, fluorine resin, and polycarbonate (PC).
상기 언와인더 및 상기 리와인더에 의해 상기 리튬 금속전극이 연속적으로 공급 및 회수되는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
A method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery in which the lithium metal electrode is continuously supplied and recovered by the unwinder and the rewinder.
상기 리튬 금속전극의 상부 및 하부 각각에 위치한 상부 밀과 하부 밀이 상기 리튬 금속전극을 압연하는 단계를 더 포함하는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 1,
The method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery further comprising the step of rolling the lithium metal electrode by an upper mill and a lower mill located on each of the upper and lower portions of the lithium metal electrode.
상기 윤활유를 도포하는 단계는, 상기 리튬 금속전극을 압연하는 단계와 동시에 이루어지는 리튬 금속 전지용 음극의 제조 방법.In claim 12,
The step of applying the lubricating oil is a method of manufacturing a negative electrode for a lithium metal battery made simultaneously with the step of rolling the lithium metal electrode.
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