KR20210127065A - 전극의 품질 평가 방법 및 전극의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압연 전 전극의 색좌표 값을 측정함으로써, 불량 전극을 간단하고 빠르게 걸러낼 수 있는 전극의 품질 평가 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 활물질층을 포함하고 압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계; 광학계를 이용하여 상기 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계;를 포함하는 전극의 품질 평가 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성하여 압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계; 상술한 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계; 및 양품으로 판단된 전극을 압연하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

전극의 품질 평가 방법 및 전극의 제조 방법{QUALITY EVALUATION METHOD OF ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE}
본 발명은 압연 전 전극의 간단한 색좌표 값의 측정을 통하여 전극의 품질을 평가하는 방법 및 이에 따른 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 전극의 품질 검사 항목들로는 접착력, 두께, 로딩량 등이 있다. 전극의 품질 검사 항목들 중 접착력은 전극 조립 공정에서 탈리가 일어난 전극 또는 활성화 공정에서 전극 박리(peel-off)가 일어난 전극 등을 걸러내기 위한 항목으로 아주 중요한 품질 검사 항목이다.
하지만, 전극의 접착력을 확인하기 위해서는 압연 공정을 반드시 거쳐야 하며, 실시간으로 전극의 품질을 평가할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 압연 공정 전 물성 평가를 통하여 전극의 품질을 평가할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압연 전 전극에 대한 간단한 색좌표 값의 측정을 통하여 불량 전극을 압연 전에 걸러낼 수 있는 전극의 품질 평가 방법을 제공하고자 한다.
일 구현예에 따르면, 본 발명은 압연 전 전극의 색좌표 값을 측정함으로써, 불량 전극을 간단하고 빠르게 걸러낼 수 있는 전극의 품질 평가 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 활물질층을 포함하고 압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계; 광학계를 이용하여 상기 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계;를 포함하는 전극의 품질 평가 방법을 제공한다.
또한, 다른 구현예에 따르면 본 발명은 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성하여 압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계; 상술한 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계; 및 양품으로 판단된 전극을 압연하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법을 제공한다.
본 발명 전극의 품질 평가 방법은 압연 전 전극의 색좌표 값을 측정함으로써, 불량 전극을 간단하고 빠르게 걸러낼 수 있다. 즉, 압연 공정을 거치지 않고서도 불량 전극을 선별할 수 있으며, 따라서, 전극 완제품의 불량률을 현저히 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 압연 전 간단한 색좌표 값의 측정을 통하여 압연 후의 물성인 접착력을 예측할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
<전극의 품질 평가 방법>
본 발명에 따른 전극의 품질 평가 방법은 압연 전 전극의 색좌표 값을 측정함으로써, 불량 전극을 간단하고 빠르게 걸러낼 수 있는 전극의 품질 평가 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 활물질층을 포함하고 압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계; 광학계를 이용하여 상기 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광학계를 이용하여 측정한 압연 공정을 거치지 않은 전극의 활물질층의 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우, 상기 전극이 압연 공정을 거치게 되면, 집전체와 활물질층 간의 접착력이 우수하여, 접착력 불량이 발생하지 않을 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 양품으로 분류된 전극이 압연 공정을 거치게 되면, 전극의 집전체와 활물질층 간의 접착력이 40gf/20mm 이상으로 확보될 수 있다.
본 발명에 따르면, 압연 전 간단한 색좌표 값의 측정을 통하여 압연 후의 물성인 접착력을 예측할 수 있고, 불량 전극을 압연 전에 걸러낼 수 있다. 즉, 압연 공정을 거치지 않고서도 불량 전극을 걸러낼 수 있으며, 이에 따라, 전극 완제품의 불량률을 현저히 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 전극 품질 평가 방법의 각 단계에 대해서 보다 자세히 설명한다.
압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계
본 발명은 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 활물질층을 포함하고, 압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계를 포함한다.
본 발명은 기존 배터리 전극의 품질 평가처럼 압연 공정을 거친 전극을 평가하는 것이 아니라, 압연 공정을 거치지 않은 전극으로 배터리 전극 품질을 평가하여 압연 공정 전 불량 전극을 걸러내어, 압연 공정 후의 불량률을 현저히 낮출 수 있는 것이다.
전극의 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계
본 발명은 광학계를 이용하여 상기 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계를 포함한다.
상기 광학계는 광원과 이미지 센서를 포함하는 장치로, 상기 광학계를 이용하여 상기 전극들 각각의 활물질층을 촬영하면 상기 전극들 각각의 활물질층 표면의 색 정보가 색좌표 값으로 변환되어 검출된다. 상기 이미지 센서는 들어오는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 소자로, 예를 들어, CCD(Charge Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 광학계는 분광광도계(spectrophotometer) 또는 색차계(colorimeter)일 수 있다.
상기 색좌표 값은 3차원 색공간 안에서 좌표로 표시되는 수치를 통칭하며, 예를 들어, 상기 색좌표 값은 L*, a* 또는 백색도 값일 수 있다.
본 발명에 따르면, 활물질층의 색좌표 값의 측정은 접촉식 또는 비접촉식 색차계로 측정하는 것일 수 있다. 즉, 상기 색차계는 접촉식 또는 비접촉식 색차계일 수 있다. 비접촉식 색차계를 이용하는 경우, 직접 샘플에 접촉하지 않고 측정할 수 있어, 측정이 간편하며, 연속 생산 공정 중 측정이 가능하다는 장점이 있다.
활물질층의 색좌표 값의 측정은 예를 들어, 색차계로 코니카 미놀타社의 CM2600d를 이용하여 측정하는 것일 수 있다. 구체적으로, 색차계로 코니카 미놀타社의 CM2600d를 이용하여 측정 모드를 SCI(Specular Component Included) 또는 SCE(Specular Component Excluded), 표준 광원 D65(색온도: 6500K), CIE 1976 10° 표준 관찰자로 설정한 후, 백색 보정 후 측정하고자 하는 위치에 색차계를 접촉시켜 측정하는 것일 수 있다.
측정된 색좌표 값을 기설정된 전극 품질 평가 기준과 비교하여 양품 또는 불량으로 판단하는 단계
본 발명은 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계를 포함한다.
측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우, 압연 후 집전체와 활물질층 간의 우수한 접착력을 확보할 수 있어 압연 공정을 거친 전극의 불량률을 현저히 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 색좌표 값이 L* 값인 경우, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 L* 값이 35.4 이상인 것일 수 있고, 바람직하게는 35.4 이상 40 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 색좌표 값이 a* 값인 경우, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 a* 값이 0.78 이상인 것일 수 있고, 바람직하게는 0.78 이상 0.96 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 색좌표 값이 백색도 값인 경우, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 백색도 값이 7 이상 인 것일 수 있고, 바람직하게는 7 이상 9 이하인 것일 수 있다.
이는, L*, a* 및 백색도 값에 대해 기설정된 전극 품질 평가 기준이 상기 범위를 만족하여야 압연 후 집전체와 활물질층 간의 우수한 접착력을 확보할 수 있어 전극 완제품의 불량률을 현저히 낮출 수 있기 때문이다.
상기 비교 결과, 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 평가 기준을 만족하여 양품으로 분류된 전극은, 압연 공정을 거치면 전극의 품질이 우수할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 전극 품질 평가 방법에 따라 양품으로 분류된 전극은 압연 공정을 거치게 되면 집전체와 활물질층 간의 접착력이 우수할 수 있다. 예를 들어, 집전체와 활물질층 간의 접착력이 40gf/20mm 이상으로 확보될 수 있다.
<전극의 제조 방법>
본 발명에 따른 전극의 제조 방법은 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성하여 압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계; 상술한 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계; 및 양품으로 판단된 전극을 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 전극의 제조 방법의 각 단계에 대해서 보다 자세히 설명한다.
압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계
본 발명은 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성하여 압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 활물질층은 상기 집전체의 일면 또는 양면 상에 형성될 수 있다.
상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 양극 집전체인 경우, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있고, 음극 집전체인 경우, 예를 들어, 구리, 스테인레스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 집전체는 통상적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극재 또는 음극재의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 슬러리는 활물질, 도전재 및 바인더를 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한 것일 수 있다.
상기 활물질이 양극 활물질인 경우, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 또는 알루미늄과 같은 1종 이상의 전이 금속과 리튬을 포함하는 리튬 복합금속 산화물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리튬 복합금속 산화물은 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1-YMnYO2(0<Y<1), LiMn2-zNizO4(0＜Z＜2), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1-Y1CoY1O2(0<Y1<1), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1-Y2MnY2O2(0<Y2<1), LiMn2-z1Coz1O4(0＜Z1＜2), 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물(예를 들면, Li(NipCoqMnr1)O2(0＜p＜1, 0＜q＜1, 0＜r1＜1, p+q+r1=1) 또는 Li(Nip1Coq1Mnr2)O4(0＜p1＜2, 0＜q1＜2, 0＜r2＜2, p1+q1+r2=2), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0＜p2＜1, 0＜q2＜1, 0＜r3＜1, 0＜s2＜1, p2+q2+r3+s2=1이다) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 포함될 수 있다.
상기 활물질이 음극 활물질인 경우, 상기 음극 활물질로는 당 업계에서 사용되는 다양한 음극 활물질, 예를 들면, 탄소계 음극 활물질, 실리콘계 음극 활물질, 금속 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 탄소계 음극 활물질로는, 당 업계에서 사용되는 다양한 탄소계 음극 활물질들, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite)과 같은 그라파이트계 물질; 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소, 연화탄소 (soft carbon), 경화탄소 (hard carbon) 등이 사용될 수 있다. 상기 탄소계 음극 활물질의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형 등과 같은 다양한 형상의 물질들이 사용될 수 있다.
상기 실리콘계 음극 활물질은, 금속 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx, 여기서 0<x<2) 실리콘 탄화물(SiC) 및 Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 활물질은 활물질층 총 중량에 대하여 80중량% 내지 99중량%, 보다 구체적으로는 80중량% 내지 98중량% 또는 85중량% 내지 98중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 활물질의 함량이 상기 범위 내인 경우, 우수한 용량 특성 및 전기화학적 특성을 얻을 수 있다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학적 변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 도전재는 활물질층 총 중량에 대하여 0.5중량% 내지 30중량%, 보다 구체적으로는 0.5중량% 내지 15중량% 또는 0.5중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 활물질 입자들 간의 부착 및 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 상기 바인더의 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질층 총 중량에 대하여 0.5중량% 내지 30중량%, 보다 구체적으로는 0.5중량% 내지 15중량% 또는 0.5중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따르면, 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 0.005g/cm2 내지 0.050g/cm2의 로딩량으로 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성시킬 수 있다. 슬러리의 로딩량은 바람직하게는 0.005g/cm2 내지 0.030g/cm2일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.005g/cm2 내지 0.025g/cm2일 수 있다. 슬러리의 로딩량이 상기 범위 내인 경우, 활물질층이 적절한 두께로 형성되어 전극에 불량이 발생하지 않아 전극의 품질이 우수할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 건조 시 필요한 총 열량은 하기 식 1 내지 식 3을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (46.30 - L* 값) / 0.0077
식 1에 있어서,
상기 L* 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 35.4 이상이다.
[식 2]
건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (1.09 - a* 값) / 2.19×10-5
식 2에 있어서,
상기 a* 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 0.78 이상이다.
[식 3]
건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (13.06 - 백색도 값) / 0.0041
식 3에 있어서,
상기 백색도 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 7 이상이다.
본 발명의 발명자는 광학계를 이용하여 측정된 L* 값, a* 값 또는 백색도 값과 접착력 간의 관계식을 식 4 내지 식 6과 같이 도출하였고, 이에 따라, 접착 불량이 발생하지 않는 L* 값, a* 값 또는 백색도 값의 범위를 도출하였다.
[식 4]
L* 값 = (압연 전 전극의 접착력 + 464.40) / 14.24
[식 5]
a* 값 = (압연 전 전극의 접착력 + 319.02) / 462.87
[식 6]
백색도 값 = (압연 전 전극의 접착력 + 143.97) / 25.27
식 4 내지 식 6에 있어서,
상기 접착력은 압연 전 전극의 접착력으로, 압연 전 전극을 양면 테이프를 이용하여 슬라이드 글라스에 부착한 후, UTM 기기(Lloyed社)를 이용하여 100mm/min 속도 조건으로 90° 각도로 전극을 당기며 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정한 것이다.
상기 접착력은 40gf/20mm 이상이다.
또한, L* 값, a* 값 또는 백색도 값과 건조 시 필요한 총 열량 간의 관계식을 식 1 내지 식 3과 같이 도출하였고, 이에 따라, 전극의 접착 불량이 발생하지 않는 건조 조건을 도출하였다. 건조 시 필요한 총 열량이 상기 식 1 내지 식 3을 만족하는 경우, 전극에 불량이 발생하지 않아 전극의 품질이 우수할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 건조는 1000kW 내지 1450kW의 총 열량으로 건조시키는 것일 수 있다. 상기 건조는 바람직하게는 1100kW 내지 1400kW의 총 열량으로 건조시키는 것일 수 있다. 건조 시 총 열량이 상기 범위 내인 경우, 전극에 불량이 발생하지 않도록 건조되어 전극의 품질이 우수할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 활물질층의 두께는 50㎛ 내지 500㎛인 것일 수 있다. 상기 활물질층의 두께는 바람직하게는 50㎛ 내지 250㎛일 수 있다. 활물질층의 두께가 상기 범위 내인 경우, 활물질층의 성능을 최대한 발현시키면서, 전극의 불량률을 현저히 낮출 수 있다.
전극의 품질을 평가하는 단계
본 발명에 따른 전극의 제조 방법은 상술한 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계를 포함한다.
즉, 제조한 전극을 이용하여, 광학계로 상기 전극 활물질층의 색좌표 값을 측정하고, 상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계를 포함한다. 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
양품으로 판단된 전극을 압연하는 단계
본 발명은 양품으로 판단된 전극을 압연하여 전극을 제조하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 본 발명 전극의 품질 평가 방법에 따라 양품으로 판단된 전극은 압연을 거친 후 리튬 이차전지를 제조하는데 사용될 수 있고, 이 경우 상기 리튬 이차전지는 불량률이 현저히 낮을 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
제조예 1
물 55중량부에 천연 흑연 41중량부, 도전재 0.5중량부, SBR 2.5중량부 및 CMC 1중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하였다.
두께가 8㎛인 구리 집전체의 일면에 상기 슬러리를 0.014g/cm2의 로딩량으로 도포한 후, 1190kW의 총 열량으로 건조시켜 두께가 144㎛인 활물질층을 형성시켜 전극을 제조하였다. 집전체의 타면에 동일 처방 및 동일 공정 조건으로 활물질층을 형성시켜, 구리 집전체 양면에 형성된 총 활물질층의 두께가 288㎛인 전극을 제조하였다.
제조예 2
전극 제조 시 1257kW의 총 열량으로 건조시키는 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
제조예 3
전극 제조 시 1396kW의 총 열량으로 건조시키는 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
제조예 4
전극 제조 시 1480kW의 총 열량으로 건조시키는 것을 제외하고 제조예 1과 동일한 방법으로 전극을 제조하였다.
실시예: 전극의 품질 평가
색차계로 코니카 미놀타社의 CM2600d를 이용하여 측정 모드를 SCI, 표준 광원 D65(색온도: 6500K), CIE 1976 10° 표준 관찰자로 설정한 후, 백색 보정 후 측정하고자 하는 위치에 색차계를 접촉시켜 제조예 1 내지 4에서 제조한 전극 각각의 활물질층의 색좌표 L* 값, a* 값 및 백색도 값을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
L* a* 백색도
제조예 1 37.35 0.84 8.32
제조예 2 36.37 0.79 7.76
제조예 3 35.86 0.78 7.66
제조예 4 34.85 0.77 6.93
제조예 1 내지 4에서 제조한 전극 각각의 활물질층의 색좌표 값을 기설정된 전극 품질 평가 기준(L* 값: 35.4 이상, a* 값: 0.78 이상, 백색도: 7 이상)과 비교한 결과, 제조예 1 내지 3의 전극은 측정된 색좌표 L* 값, a* 값 및 백색도가 모두 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하였는 바, 양품으로 판단하였다.
이에 비하여, 제조예 4의 전극은 측정된 색좌표 L* 값, a* 값 및 백색도가 모두 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하였는 바, 불량으로 판단하였다.
실험예: 압연 전 전극의 접착력 측정
제조예 1 내지 4에서 제조한 전극을 양면 테이프를 이용하여 슬라이드 글라스에 부착한 후, UTM 기기(Lloyed社)를 이용하여 100mm/min 속도 조건으로 90° 각도로 전극을 당기며 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이용한 전극 압연 전 접착력(gf/20mm) 압연 후 접착력(gf/20mm) 평가
제조예 1 69.3 68.5 정상
제조예 2 52.0 51.1 정상
제조예 3 44.3 44.0 정상
제조예 4 33.8 32.9 접착력 불량
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명 전극의 품질 평가 방법에 따라 양품으로 분류된 제조예 1 내지 3의 전극의 경우에는 압연 공정 후 전극의 접착력이 40gf/20mm 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있다.
이에 비하여, 측정된 색좌표 L* 값, a* 값 및 백색도가 모두 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못한 제조예 4의 전극의 경우에는 압연 공정 후 전극의 접착력이 32.9gf/20mm로 전극으로 사용되기에 물성이 좋지 않은 것을 확인할 수 있다. 즉, 접착력이 불량한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 압연 전 간단한 색좌표 값의 측정을 통하여 압연 후의 물성인 접착력을 예측할 수 있고, 불량 전극을 압연 전에 걸러낼 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 압연 공정을 거치지 않고서도 불량 전극을 걸러낼 수 있으며, 이에 따라, 전극 완제품의 불량률을 현저히 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (13)

  1. 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 활물질층을 포함하고 압연 공정을 거치지 않은 전극을 준비하는 단계;
    광학계를 이용하여 상기 활물질층의 색좌표 값을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 색좌표 값이 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하는 경우에는 양품으로 판단하고, 기설정된 전극 품질 평가 기준을 만족하지 못하는 경우에는 불량으로 판단하는 단계;를 포함하는 전극의 품질 평가 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 색좌표 값이 L* 값이고, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 L* 값이 35.4 이상인 것인 전극의 품질 평가 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 색좌표 값이 a* 값이고, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 a* 값이 0.78 이상인 것으로 정의되는 것인 전극의 품질 평가 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 색좌표 값이 백색도 값이고, 상기 기설정된 전극 품질 평가 기준은 백색도 값이 7 이상인 것인 전극의 품질 평가 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학계는 분광광도계 또는 색차계인 것인 전극의 품질 평가 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 색차계는 접촉식 또는 비접촉식 색차계인 것인 전극의 품질 평가 방법.
  7. 집전체 상에 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켜 활물질층을 형성하여 압연 공정을 거치지 않은 전극을 제조하는 단계;
    청구항 1에 따른 방법으로 전극의 품질을 평가하는 단계; 및
    양품으로 판단된 전극을 압연하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 슬러리를 0.005g/cm2 내지 0.050g/cm2의 로딩량으로 도포하는 것인 전극의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 건조 시 필요한 총 열량은 하기 식 1을 만족하는 것인 전극의 제조 방법:
    [식 1]
    건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (46.30 - L* 값) / 0.0077
    식 1에 있어서,
    상기 L* 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 35.4 이상이다.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 건조 시 필요한 총 열량은 하기 식 2를 만족하는 것인 전극의 제조 방법:
    [식 2]
    건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (1.09 - a* 값) / 2.19×10-5
    식 2에 있어서,
    상기 a* 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 0.78 이상이다.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 건조 시 필요한 총 열량은 하기 식 3을 만족하는 것인 전극의 제조 방법:
    [식 3]
    건조 시 필요한 총 열량 (kW) = (13.06 - 백색도 값) / 0.0041
    식 3에 있어서,
    상기 백색도 값은 기설정된 전극 품질 평가 기준으로, 7 이상이다.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 건조는 1000kW 내지 1450kW의 총 열량으로 건조시키는 것인 전극의 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 활물질층의 두께는 50㎛ 내지 500㎛인 것인 전극의 제조 방법.
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