KR20220000067A - 저항층이 형성된 전극의 제조방법 - Google Patents

저항층이 형성된 전극의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220000067A
KR20220000067A KR1020200077562A KR20200077562A KR20220000067A KR 20220000067 A KR20220000067 A KR 20220000067A KR 1020200077562 A KR1020200077562 A KR 1020200077562A KR 20200077562 A KR20200077562 A KR 20200077562A KR 20220000067 A KR20220000067 A KR 20220000067A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
active material
width direction
resistance layer
current collector
Prior art date
Application number
KR1020200077562A
Other languages
English (en)
Inventor
이한영
정범영
윤수현
윤동식
이석우
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200077562A priority Critical patent/KR20220000067A/ko
Priority to CN202180004614.5A priority patent/CN114207867A/zh
Priority to EP21827881.0A priority patent/EP3993089A4/en
Priority to PCT/KR2021/005543 priority patent/WO2021261754A1/ko
Priority to US17/633,805 priority patent/US20220302442A1/en
Publication of KR20220000067A publication Critical patent/KR20220000067A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/06—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying two different liquids or other fluent materials, or the same liquid or other fluent material twice, to the same side of the work
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지하며, 생산성이 향상된 전극의 제조방법에 관한 것으로, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계; 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.

Description

저항층이 형성된 전극의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE HAVING A RESISTANCE LAYER}
본 발명은 저항층이 형성된 전극의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 전극 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성된 전극의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이며, 도 2는 오버행 현상이 발생한 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전극 제조방법에서는 집전체(1) 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포히여 전극 활물질층(2)을 형성하고, 이를 건조 및 압연한 후 노칭하여 전극이 제조되었다. 양극의 경우 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리를 도포함으로써 제조되며, 음극의 경우 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포함으로써 제조될 수 있다.
이와 같이 제조된 양극(13) 및 음극(14)은 분리막(15)과 교번 적층되어 전극 조립체(12) 형태로 제조되어 전지 케이스 내부에 내장됨으로써 전지(10)가 제조된다. 이 때 전극 조립체 제조시 양극 또는 음극의 배열이 정위치에서 벗어남으로써 양극의 단부가 음극의 단부를 넘어서는 오버행(overhang) 현상이 발생할 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, (a)와 같이 양극 탭(16)이 형성된 면의 반대면이 오버행될 수 있으며(A), (b)와 같이 양극 탭(16)에 인접한 부분에 오버행 현상이 발생할 수 있다(B). 이와 같이 오버행 현상이 발생할 경우 양극과 음극이 직접 접촉하거나, 충방전에 따라 음극으로부터 누적된 리튬 석출물 양극과 접촉하여 단락이 발생하는 문제가 있다.
따라서 이러한 문제 해결을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1655275호
본 발명은 전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 생산성이 향상된 전극 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법은, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계; 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.
상기 저항층 조성물은 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함하며, 바인더를 10 내지 40중량% 포함한다.
또한, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계에서, 상기 저항층은 집전체의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 상기 저항층의 두께는 전극 활물질층 두께와 동일하다.
하나의 예에서, 상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작다.
상기 저항층 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 전극 활물질층 폭 방향 길이의 1 내지 20%이다.
구체적인 예에서, 상기 집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성된다.
구체적인 예에서, 상기 전극 탭은 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접한 무지부에 형성된다.
또한, 상기 전극을 형성하는 단계에서, 상기 집전체는, 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭된다.
다른 하나의 예에서, 상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일하다.
구체적인 예에서, 상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층 폭 방향 길이의 1 내지 20%이다.
이 때, 집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 전극 제조방법에서, 제1항에 있어서, 상기 슬롯 다이는 제1 블록, 제2 블록 및 제3 블록이 순차적으로 체결된 구조이며, 제1 블록과 제2 블록 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구가 형성되고, 상기 제2 블록과 제3 블록 사이의 계면에는 상기 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구가 형성된다.
또한 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전극 제조방법을 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
본 발명은 전극 활물질의 양 단부에 저항층을 형성함으로써, 전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전극 제조방법은 전극 슬러리 및 저항층 조성물의 도포를 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행함으로써, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 오버행 현상이 발생한 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 제조방법에서 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 도포하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명에 따른 전극 제조방법에 의해 제조된 전극의 구조를 나타낸 단면도이다.
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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극의 제조방법은 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계(S10); 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계(S20); 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계(S30)를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.
전술한 바와 같이, 종래의 전극 제조방법에서는 집전체 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 활물질층을 형성하였는바, 전극 조립체 형성시 양극과 음극의 배열이 어긋남에 따라 양극의 단부가 음극의 단부를 넘어서는 오버행 현상이 발생할 경우, 양극과 음극이 직접 접촉하거나, 충방전에 따라 음극으로부터 누적된 리튬 석출물이 양극과 접촉하여 단락이 발생하는 문제가 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전극의 제조방법에서는 전극 활물질층의 양 단부에 이와 인접한 저항층을 형성하여 오버행 현상이 발생해도 양극의 돌출된 부분이 음극과 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써 전지의 안전성을 확보할 수 있다. 이에 따라 전지 내부에서 단락에 의한 불량품의 발생률이 저하하므로 제품의 수율이 향상되는 효과가 있다.
또한 상기 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 하나의 슬롯 다이에 의해 집전체에 도포함으로써, 공정에 사용되는 장비의 크기 및 개수를 줄일 수 있고, 공정 시간이 단축될 수 있으므로, 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전극의 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발 명에 따른 전극 제조방법에서, 먼저 집전체(110) 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물이 도포됨으로써 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)이 형성된다.
본 발명의 명세서에서, 전극 활물질층이란 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리가 집전체에 도포됨으로써 형성되는 층을 의미한다. 아울러 저항층이란 저항층 조성물이 집전체에 도포됨으로써 형성되는 층을 의미한다.
본 발명에 따른 전극에서, 집전체는 도전성이 양호한 금속으로 이루어지는 도전성 부재가 사용될 수 있다. 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 전극이 양극일 경우, 양극 집전체는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다.
음극 집전체의 경우 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 음극 집전체 또한 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다.
한편, 전극 활물질층은 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질은 양극 활물질 및 음극 활물질일 수 있는데, 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 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속 산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
음극 활물질로는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등이 사용될 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 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.
상기 바인더는 유기 용제에 대해 가용성이고 물에 대해 비가용성을 때는 비수용성 폴리머 또는 유기 용제에 대해 불용성이고 물에 대해 가용성을 띠는 수용성 폴리머를 사용할 수 있다. 비수용성 폴리머로는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체(PEO-PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴레이트 및 그 유도체를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
수용성 폴리머로는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 아세트산프탈산셀룰로오스(CAP), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스프탈레이트(HPMCP) 등 다양한 셀룰로오스 유도체를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
전극 슬러리는 상기 전극 활물질, 도전재, 바인더 등을 N-메틸 피롤리돈(NMP)와 같은 용매에 분산시켜 제조할 수 있다.
한편, 상기 저항층(130)은 무기 첨가제 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 전술한 바와 같은 전극 활물질층(120)에 사용될 수 있는 바인더를 사용할 수 있다. 한편, 상기 저항층(130)에 사용되는 바인더는 전극 활물질층(120)에 포함되는 바인더와 서로 동일한 종류를 사용할 수도 있고, 서로 상이한 종류를 사용하는 것도 가능하다.
상기 무기 첨가제로는, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이산화티탄, 산화마그네슘, 탄산칼슘, 티탄산 바륨 등을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 그 중에서도, 저항층의 안정성 등을 고려할 때 알루미나를 사용할 수 있다.
상기 저항층(130)은, 저항층의 중량을 기준으로 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함할 수 있고, 상세하게는 무기 첨가제를 70 내지 80중량% 포함할 수 있다. 이에 따라, 바인더는 저항층의 중량을 기준으로 10 내지 40중량% 포함할 수 있으며, 상세하게는 20 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 무기 첨가제 및 바인더의 함량이 상기 범위일 때 저항층이 집전체 상에 안정적으로 결착되면서도, 저항층 내부의 저항 증가를 확보할 수 있다. 무기 첨가제의 함량이 60중량% 미만이고, 바인더의 함량이 40중량%를 초과할 경우 저항층의 결착력이 증가하나 저항층의 내부 저항이 감소할 수 있다. 반면에 무기 첨가제의 함량이 90%를 초과하고, 바인더의 함량이 10%미만일 경우, 바인더 함량이 적어 저항층이 집전체로부터 쉽게 탈리할 수 있다.
상기 저항층 조성물은 무기 첨가제 및 바인더를 용매에 분산시켜 제조될 수 있다. 상기 용매로는 전극 슬러리에 사용되는 용매와 다른 것을 사용함으로써, 저항층과 전극 활물질층의 계면에서 양 층의 성분이 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 전극 슬러리의 용매로서 NMP를 사용할 경우, 저항층 조성물의 용매로는 아세톤을 사용할 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)을 형성하는 단계에서, 상기 저항층(130)은 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성될 수 있다. 이 때 형성된 저항층(120)은 집전체(110)의 노칭 이후에도 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접한 형태로 남아있게 된다.
상기 저항층(130)의 두께는 전극 활물질층(120) 두께와 동일할 수 있다. 여기서 두께란 각 층의 평균 두께를 의미한다. 저항층의 두께가 전극 활물질층의 두께보다 클 경우 저항층과 전극 활물질층의 경계에 단차가 형성될 수 있다. 이 경우 분리막과 전극 사이의 밀착이 어려우며, 전극 조립체의 부피가 증가할 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 저항층의 두께가 전극 활물질층의 두께보다 작을 경우 활물질층이 저항층으로부터 노출될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층(130) 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작을 수 있다. 본 발명에서 폭 방향 길이란 코팅 진행 방향에 수직인 방향으로, 후술하는 전극 탭이 돌출되는 방향을 의미한다. 이 때 폭 방향 길이가 상대적으로 작은 저항층의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 바와 같이 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접하도록 전극 탭이 형성되어야 하기 때문이다. 반대로, 폭 방향 길이가 상대적으로 크도록 형성되는 저항층의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이보다 크게 형성된다. 폭 방향 길이가 상대적으로 크도록 형성되는 저항층은 노칭 과정에서 최종적으로 제조되는 전극에 형성하고자 하는 저항층의 폭 방향 길이가 되도록 커팅된다. 이는 노칭 과정에서 집전체 상에 형성된 저항층 부분을 직접 커팅함으로써 집전체의 상면에 노출되는 부분이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
구체적으로, 상기 저항층(130) 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이(d2)는, 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 20%일 수 있다. 상세하게는, 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이(d2)는, 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 10% 범위일 수 있고, 더욱 상세하게는 1 내지 5%의 범위일 수 있다. 전술한 바와 같이 폭 방향 길이가 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하다. 폭 방향 길이(d2)가 상기 범위 미만일 경우 저항층의 면적이 작아지므로 오버행 현상 발생시 양극 활물질층이 노출될 수 있으며, 폭 방향 길이(d2)가 상기 범위를 초과할 경우 활물질의 부피가 상대적으로 감소하여 전극의 용량이 감소하게 된다.
이와 같이 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)이 형성되었을 때, 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층(130)의 외측에는 각각 무지부(140)가 형성되며, 상기 전극 탭(111)은 상기 무지부(140) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
그 중에서도, 전극 탭(111)은, 예를 들어 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하여 2열로 형성된 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접하도록 형성될 수 있다. 이 때 폭 방향 길이가 큰 저항층의 외측에는 전극 탭이 형성되지 않으므로, 무지부를 형성하지 않는 것도 가능하다.
저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층은 노칭 과정에서 소정의 폭 방향 길이를 갖도록 커팅될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극을 형성하는 단계에서, 상기 집전체는(110), 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭될 수 있다. 다만 구현하고자 하는 전극의 성능에 따라 저항층의 폭 방향 길이를 서로 다르게 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
다른 하나의 예에서, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층(130) 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일할 수 있다. 이 경우 저항층(130)의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하다.
상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이(d2)는 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 20%일 수 있으며, 상세하게는 1 내지 10%일 수 있고, 더욱 상세하게는 1 내지 5%일 수 있다.
이 때 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층(130)의 외측에는 각각 무지부(140)가 형성되며, 상기 전극 탭(111)은 상기 무지부(140) 중 어느 하나에 형성된다. 아울러 전극 탭이 형성되지 않는 부분에는 무지부를 형성하지 않는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 제조방법에서 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 도포하는 공정을 나타낸 모식도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구(250)가 형성된 하나의 슬롯 다이(200)에 의해 수행된다. 이로써 공정에 사용되는 장비의 크기 및 개수를 줄일 수 있고, 공정 시간이 단축될 수 있으므로, 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
슬롯 다이에 두 개의 토출구가 형성되어 있으면 그 슬롯 다이의 형상에 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 상기 슬롯 다이(200)는 제1 블록(210), 제2 블록(220) 및 제3 블록(230)이 순차적으로 체결된 구조이다. 제1 블록(210)과 제2 블록(220) 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구(251)가 형성되고, 상기 제2 블록(220)과 제3 블록(230) 사이의 계면에는 상기 무기 첨가제 및 바인더를 포함하는 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구(252)가 형성될 수 있다.
한편, 도 8에는 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구(252)가 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구(251)보다 상류에 위치하여, 저항층 조성물이 전극 슬러리보다 상대적으로 먼저 토출되는 것으로 도시되었는데, 제1 토출구(251)가 제2 토출구(252)보다 상류에 위치함으로써 전극 슬러리가 저항층 조성물보다 상대적으로 먼저 토출되는 것 또한 가능하다.
또한, 도 8을 참조하면, 슬롯 다이(200)는 집전체(110)의 일 면에 위치하여 토출구(250)를 통해 저항층 조성물(131) 및 전극 슬러리(121)를 토출하게 된다. 슬롯 다이(200)와 인접한 집전체(110)의 반대면에는 컨베이어(260)가 형성되어 있으며, 상기 컨베이어(260)는 집전체(110)를 이송하고, 집전체(110)에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 코팅되도록 집전체(110)를 지지하는 역할을 수행한다.
상기 전극 슬러리 및 저항층 조성물은 이를 구성하는 원료가 각각 교반되어 형성된 후, 시브나 필터 등을 통해 필터링되어 분산도를 높인 다음 슬롯 다이(200)로 이송된다. 슬롯 다이(200)로 이송된 전극 슬러리 및 저항층 조성물은 슬러리 공급관(미도시) 및 공급된 슬러리가 일시적으로 저장되는 매니폴드(미도시)를 경유하여 토출구(250)로 이송되며, 토출구(250)에서 토출됨으로써 집전체(110) 상에 도포된다. 이 때 저항층 조성물(131)은 집전체(110)의 상면에 도포되되, 전극 슬러리(121)의 양 단부에 인접하도록 도포된다.
. 상기 집전체(110)는 컨베이어(260)에 의해 연속적으로 이송된다. 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 집전체는 이후 건조기(미도시)로 이송되며, 이후 압연 롤(미도시)을 거쳐 압착된 후 노칭 과정을 거쳐 전극으로 제조된다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 토출구(251) 및 제2 토출구(252)를 형성하기 위하여 각 다이 사이에는 심 부재(240)가 개재될 수 있다. 구체적으로 제1 블록(210)과 제2 블록(220) 사이에는 제1 심 부재(241)가 개재되며, 제2 블록(220)과 제3 블록(230) 사이에는 제2 심 부재(242)가 개재될 수 있다.
상기 제1 심 부재(241)는 상기 제1 블록(210)과 제2 블록(220)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면은 개방되어 전극 슬러리가 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
상기 제2 심 부재(242)는 상기 제2 블록(220)과 제3 블록(230)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면이 개방되어 저항층 조성물이 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
한편, 상기 제1 심 부재(241) 및 제2 심 부재(242)는 각 블록 사이에 개재되어 토출구(250)를 형성하므로, 제1 심 부재(241) 및 제2 심 부재(242)의 형상은 도포하고자 하는 패턴에 따라 그 형상이 조절되어야 한다.
구체적으로, 제1 심 부재(241)에 형성된 중공은 집전체의 중심부에 전극 슬러리를 도포하도록 매니폴드와 동일한 형상으로 이루어져 있으나, 제2 심 부재(242)에 형성된 중공은 전극 슬러리의 양측 단부에 인접하는 위치에 저항층 조성물을 토출하도록 가운데에 격벽이 형성되어 있다. 또한 저항층 조성물은 폭 방향 길이가 서로 다르도록 2열로 도포되는바, 제2 심 부재(242)에서 격벽으로 나뉘어진 중공 중 어나 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작도록 형성될 수 있다.
한편, 심 부재(240)의 두께는 도포되는 물질의 두께를 결정하므로, 제1 심 부재(241)와 제2 심 부재(242)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
한편, 도 9에 도시하지는 않았으나, 저항층 조성물 및 전극 슬러리가 도포 이후 평탄화되면서 양측으로 확장되는 것을 고려하여, 제1 토출구(251)와 제2 토출구(252)는 폭 방향을 기준으로 서로에 대해 일정 거리로 이격될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 토출구(351) 및 제2 토출구(352)를 형성하기 위하여 각 다이 사이에는 심 부재(340)가 개재될 수 있다. 구체적으로 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 사이에는 제1 심 부재(341)가 개재되며, 제2 블록(320)과 제3 블록(330) 사이에는 제2 심 부재(342)가 개재될 수 있다.
상기 제1 심 부재(341)는 상기 제1 블록(310)과 제2 블록(320)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면은 개방되어 전극 슬러리가 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
상기 제2 심 부재(342)는 상기 제2 블록(320)과 제3 블록(330)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면이 개방되어 저항층 조성물이 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
한편, 제1 심 부재(341)에 형성된 중공은 집전체의 중심부에 전극 슬러리를 도포하도록 매니폴드와 동일한 형상으로 이루어져 있으나, 제2 심 부재(342)에 형성된 중공은 전극 슬러리의 양측 단부에 인접하는 위치에 저항층 조성물을 토출하도록 가운데에 격벽이 형성되어 있다. 또한 저항층 조성물은 폭 방향 길이가 서로 동일하도록 도포되어야 하므로, 제2 심 부재(342)에서 격벽으로 나뉘어진 중공 중 어나 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 심 부재(341)와 제2 심 부재(342)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
아울러, 도 11에 도시하지는 않았으나, 저항층 조성물 및 전극 슬러리가 도포 이후 평탄화되면서 양측으로 확장되는 것을 고려하여, 제1 토출구(351)와 제2 토출구(352)는 폭 방향을 기준으로 서로에 대해 일정 거리로 이격될 수도 있다.
도 13은 본 발명에 따른 전극 제조방법에 의해 제조된 전극의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 전극은 일측 단부에 전극 탭(111)이 형성된 집전체 상에 전극 활물질층(120)이 형성된 구조이며, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 저항층(130)이 형성된 구조이다.
이 때, 상기 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)은 집전체(110)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 집전체(110)의 일면에 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 전극을 도시한 것이며, 도 2의 (b)는 집전체(110)의 양면에 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 전극을 도시한 것이다.
이 때, 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접한 저항층(130) 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층의 폭 방향 길이의 1 내지 20% 범위이며, 상세하게는 1 내지 10%, 더욱 상세하게는 1 내지 5%의 범위일 수 있다.
아울러, 상기 저항층(130)의 두께는 전극 활물질층(120)의 두께와 동일할 수 있다.
또한, 도 13에는 전극 활물질층(120)과 저항층(130) 사이의 계면이 집전체에 대하여 수직 형상으로 도시되었는데, 전극 슬러리와 저항층 조성물의 토출 순서에 따라 상기 계면은 경사가 형성될 수 있다. 예를 들어, 저항층 조성물이 전극 슬러리보다 먼저 토출될 경우, 저항층이 집전체 상에 상대적으로 먼저 형성되면서 전극 활물질층의 단부가 저항층의 단부를 덮는 형태가 되며, 이 경우 저항층이 전극 활물질층의 아래로 파고들어가는 형태로 경사가 형성될 수 있다. 아울러, 전극 슬러리가 저항층 조성물보다 먼저 토출될 경우, 전극 활물질층이 집전체 상에 상대적으로 먼저 형성됨에 따라 전극 활물질층이 저항층의 아래로 파고 들어가는 형태로 경사가 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전극의 제조방법을 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 이차전지는 전지 케이스의 내부에 양극, 분리막 및 음극이 교번하여 적층된 구조의 전극 조립체가 수납하여 제조할 수 있다. 이 때, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성되도록, 앞서 설명한 바와 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 또한 상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등이 될 수 있다.
상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 상기 전지셀은 파우치형 전지셀일 수 있다. 파우치형 전지셀의 경우 전지케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 파우치형 이차전지는 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스의 상부 파우치와 하부 파우치가 접하는 외주면을 열융착하여 실링부를 형성하는 과정을 통해 제조된다. 기타 파우치형 전지에 관한 내용은 당업자에게 공지된 것이므로 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
1, 110: 집전체
2, 120: 전극 활물질층
111: 전극 탭
121: 전극 슬러리
130: 저항층
131: 저항층 조성물
140: 무지부
200, 300: 슬롯 다이
210, 310: 제1 블록
220, 320: 제2 블록
230, 330: 제3 블록
240, 340: 심 부재
241, 341: 제1 심 부재
242, 342: 제2 심 부재
250: 토출구
251, 351: 제1 토출구
252, 352: 제2 토출구
260: 컨베이어
400: 전극

Claims (14)

  1. 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계;
    전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및
    건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행되는 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항층 조성물은 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함하며, 바인더를 10 내지 40중량% 포함하는 전극 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계에서,
    상기 저항층은 집전체의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성되는 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항층의 두께는 전극 활물질층 두께와 동일한 전극 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작은 전극 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저항층 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 전극 활물질층 폭 방향 길이의 10 내지 30%인 전극 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며,
    상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성되는 전극 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극 탭은 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접한 무지부에 형성되는 전극 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계에서,
    상기 집전체는, 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭되는 전극 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일한 전극 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층 폭 방향 길이의 10 내지 30%인 전극 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며,
    상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성되는 전극 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯 다이는 제1 블록, 제2 블록 및 제3 블록이 순차적으로 체결된 구조이며,
    제1 블록과 제2 블록 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구가 형성되고,
    상기 제2 블록과 제3 블록 사이의 계면에는 상기 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구가 형성되는 전극 제조방법.
  14. 제1항에 따른 전극 제조방법을 포함하는 이차전지 제조방법.
KR1020200077562A 2020-06-25 2020-06-25 저항층이 형성된 전극의 제조방법 KR20220000067A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200077562A KR20220000067A (ko) 2020-06-25 2020-06-25 저항층이 형성된 전극의 제조방법
CN202180004614.5A CN114207867A (zh) 2020-06-25 2021-05-03 制造形成有电阻层的电极的方法
EP21827881.0A EP3993089A4 (en) 2020-06-25 2021-05-03 METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE ON WHICH A RESISTANCE LAYER IS FORMED
PCT/KR2021/005543 WO2021261754A1 (ko) 2020-06-25 2021-05-03 저항층이 형성된 전극의 제조방법
US17/633,805 US20220302442A1 (en) 2020-06-25 2021-05-03 Method for Manufacturing Electrode on Which Resistance Layer is Formed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200077562A KR20220000067A (ko) 2020-06-25 2020-06-25 저항층이 형성된 전극의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220000067A true KR20220000067A (ko) 2022-01-03

Family

ID=79281513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200077562A KR20220000067A (ko) 2020-06-25 2020-06-25 저항층이 형성된 전극의 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220302442A1 (ko)
EP (1) EP3993089A4 (ko)
KR (1) KR20220000067A (ko)
CN (1) CN114207867A (ko)
WO (1) WO2021261754A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024019568A1 (ko) * 2022-07-20 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655275B1 (ko) 2010-12-13 2016-09-08 주식회사 엘지화학 Ｐｔｃ 특성을 갖는 용접부가 구비된 이차 전지 및 그 제조방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5818150B2 (ja) * 2010-11-05 2015-11-18 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子用電極、それを用いた蓄電素子、および蓄電素子用電極の製造方法
JP5720779B2 (ja) * 2011-05-27 2015-05-20 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ全固体電池
KR20130121383A (ko) * 2012-04-27 2013-11-06 주식회사 세원 염료감응 태양전지 서브 모듈의 제조를 위한 슬릿 코팅 장치 및 박막 형성 방법
KR20140009037A (ko) * 2012-07-11 2014-01-22 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101577188B1 (ko) * 2013-09-30 2015-12-15 주식회사 엘지화학 전극의 불량률이 개선된 전극 제조 방법
JP6354420B2 (ja) * 2014-07-24 2018-07-11 株式会社豊田自動織機 電極の製造方法
KR101751002B1 (ko) * 2014-10-06 2017-06-26 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 토출 부재 및 이를 포함하는 전극 합제 코팅 장치
CN106159179B (zh) * 2015-04-21 2018-12-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 金属锂电池
KR102134587B1 (ko) * 2016-02-12 2020-07-16 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극을 구성하는 이종 소재의 동시 코팅이 가능한 전극 코팅 장치
US11233296B2 (en) * 2016-07-26 2022-01-25 Nec Corporation Electrode assembly and manufacturing method therefor
WO2018048126A1 (ko) * 2016-09-08 2018-03-15 주식회사 엘지화학 균일한 품질을 가지는 전극들의 제조 방법 및 이를 포함하는 전극조립체 제조 방법
KR102437025B1 (ko) * 2017-08-29 2022-08-26 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 전극 제조방법
KR20200077562A (ko) 2017-11-01 2020-06-30 광동 오포 모바일 텔레커뮤니케이션즈 코포레이션 리미티드 버퍼 상태 보고를 보고하는 방법, 사용자 기기 및 컴퓨터 저장 매체
JP7155881B2 (ja) * 2018-10-31 2022-10-19 トヨタ自動車株式会社 電極板、これを用いた電池、電極板の製造方法、これを用いた電池の製造方法、ダイヘッド

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655275B1 (ko) 2010-12-13 2016-09-08 주식회사 엘지화학 Ｐｔｃ 특성을 갖는 용접부가 구비된 이차 전지 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024019568A1 (ko) * 2022-07-20 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
US20220302442A1 (en) 2022-09-22
EP3993089A1 (en) 2022-05-04
EP3993089A4 (en) 2023-03-01
CN114207867A (zh) 2022-03-18
WO2021261754A1 (ko) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2996188B1 (en) Electrode assembly and lithium secondary battery comprising the same
KR101089135B1 (ko) 고출력 리튬 이차 전지
KR101874159B1 (ko) 리튬 이차전지용 전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차전지용 전극
KR101620617B1 (ko) 도전성이 개선된 양극 합제, 그를 구비하는 양극 및 전기화학소자
KR101282067B1 (ko) 비대칭 코팅된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 포함하는 전기화학소자
CN110419128B (zh) 用于锂二次电池的负极以及包括该负极的锂二次电池
KR102161591B1 (ko) 용량 및 안전성이 개선된 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US11081762B2 (en) Electrode assembly and lithium secondary battery including the same
CN110462885B (zh) 用于圆柱形卷芯的条形电极以及包含其的锂二次电池
KR20230149783A (ko) 2개 이상의 금속 호일 사이에 저항층을 포함하는 전극 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
KR102124105B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR102103895B1 (ko) 무지 부를 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20160027364A (ko) 이차전지용 전극조립체
KR101602908B1 (ko) 전극조립체 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR101704759B1 (ko) 스택/폴딩형 전극조립체 및 그를 포함하는 전기화학소자
EP3993089A1 (en) Method for manufacturing electrode on which resistance layer is formed
US20230369655A1 (en) Electrode Assembly and Battery Cell Including the Same
CA2532333A1 (en) Nonaqueous secondary cell and method for controlling the same
EP3993091A1 (en) Electrode with binder layer formed therein and method for manufacturing same
US11870039B2 (en) Electrode assembly and method for manufacturing the same
US20230076153A1 (en) Degenerate cell manufacturing method and degenerate cell evaluation method
KR20220124918A (ko) 댐 라인 코팅층의 형성을 포함하는 전극의 제조방법
KR20230001690A (ko) 절연 코팅부를 포함하는 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
KR20210155670A (ko) 저융점 바인더를 포함하는 리튬 이차전지용 전극, 이를 포함하는 전극조립체, 및 리튬 이차전지
KR20160024088A (ko) 이차전지용 전극조립체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination