KR20220010132A - 고로딩 전극을 위한 집전체용 시트의 압연 방법 및 고로딩 전극 - Google Patents

고로딩 전극을 위한 집전체용 시트의 압연 방법 및 고로딩 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고로딩 전극의 집전체용 시트의 압연 방법으로서, 집전체용 호일을 판상형의 압연 플레이트로 압연하되, 집전체용 호일과 대면하는 상기 압연 플레이트의 하면에는 복수의 돌기들이 형성되어 있다.

Description

고로딩 전극을 위한 집전체용 시트의 압연 방법 및 고로딩 전극{PRESSING METHOD OF CURRENT COLLECTOR SHEET FOR HIGH LOADING ELECTRODE AND HIGH LOADING ELECTRODE}
본 발명은 고로딩 전극의 제조를 위한 집전체용 시트의 압연 방법, 집전체용 시트 및 고로딩 전극에 관한 것이다.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
현재 적용되고 있는 이차 전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차 전지는 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.
일반적으로, 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.
이 때, 상기 음극과 양극은 각 전극의 집전체 상에 전극층을 포함하며, 예를 들면, 전극 활물질에 바인더와 용매, 필요에 따라 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 전극을 제조할 수 있다.
이러한 종래 통상의 전극은 각 전극 집전체 상에 상기 전극 슬러리를 1회 코팅하여 제조된다. 종래의 전극은 전극 활물질, 바인더 및 도전재가 적절히 혼합된 슬러리를 양극/음극 집전체 위에 도포한 후 열처리 공정을 통해 제조된다. 즉, 양극/음극 집전체 위에 바인더 및 도전재를 포함하는 전극층이 형성된 구조이다.
이러한 구조에 있어서, 전지의 용량을 늘이기 위해 전극층의 로딩량을 증가시키게 되면 리튬 이온의 전달 경로가 길어져 집전체로부터 멀리 있는 활물질로의 리튬의 삽입/탈리(intercalation/deintercalation)가 발생하고, 집전체를 통한 전자의 이동이 제한된다. 또한 전극 내의 전기적 경로를 제공하는 도전재는 활물질과 바인더 사이에 다소 혼잡하게 분포하고 있는데, 전극층의 로딩량을 증가시키면, 전기적 경로의 굴곡도가 증가하여 결국 저항이 증가하게 된다.
따라서 이 같은 저항 증가의 문제로 인해, 전극의 로딩량을 증가시키는 것이 현실적으로 어려워, 로딩량을 낮추는 대신에, 로딩량이 작은 단위 전극을 여러 층 쌓은 스택 셀을 제조하는 방법이 있다. 그러나 스택 셀을 제조하는 것은 스택 공정을 추가로 필요로 하고, 스택 공정은 분리막이 절곡된다거나 찢어지는 문제, 정렬이 바르지 않는 등 공정 상 문제를 야기하기 때문에 스택 공정을 배제하거나 스택 공정을 최소화할 수 있도록, 고로딩 전극에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 2018-0100857
본 발명은 고로딩 전극을 제조하기 위한 집전체용 시트의 압연 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전극의 로딩량이 증가하더라도, 도전재 함량의 증가 없이도 도전성을 향상시킬 수 있는 전극을 제공하고자 한다.
아울러 본 발명은 스택 공정을 배제하거나 감소시켜 생산성이 향상된 고로딩 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집전체용 시트의 압연 방법은, 집전체용 호일을 판상형의 압연 플레이트로 압연하되, 집전체용 호일과 대면하는 상기 압연 플레이트의 하면에는 복수의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 돌기들은 배열 패턴으로 형성되어 있고, 상기 배열 패턴은, 돌기들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 돌기와 돌기 사이의 간격은, 돌기의 가로 길이의 0.02 내지 1 배이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 돌기의 높이는 10 내지 100 ㎛이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 돌기들의 횡방향 단면의 형상은 장방형이다.
본 발명의 집전체용 시트는, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부가 복수 개 형성되고 있고, 상기 오목부들은 배열 패턴으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 집전체용 시트는 알루미늄 시트일 수 있다.
본 발명에 따른 전극은, 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 전극활물질층을 포함하고, 상기 집전체는, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부가 복수 개 형성되어 있고, 상기 전극활물질층은, 상기 오목부들에 충진되고, 상기 오목부의 깊이를 초과하는 두께로 집전체를 덮고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 오목부들은 배열 패턴으로 형성되어 있고, 상기 배열 패턴은, 오목부들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극에서, 상기 오목부의 깊이는 10 내지 100 ㎛이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극에서, 상기 전극활물질층의 로딩량은 300 ~ 700 mg/㎠이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극에서, 상기 집전체는 알루미늄 집전체이고, 상기 전극활물질층은 양극활물질을 포함한다.
본 발명은 집전체에 돌출부가 형성됨으로써, 상기 돌출부가 전기적 경로가 됨에 따라, 전극활물질층의 로딩량이 증가하더라도 저항 증가가 크지 않아 고로딩 전극의 구현이 가능한 효과가 있다.
또한 고로딩 전극의 제조가 가능해짐에 따라 스택 공정을 생략하거나, 감소할 수 있어 생산성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 압연 플레이트의 형상 및 압연 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래의 압연 방법에서 사용되는 압연 플레이트 하면(a) 및 압연 롤러(b)를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압연 플레이트의 하면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 압연 플레이트에 형성된 돌기들의 배열 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압연 플레이트에 형성된 돌기들의 배열 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 집전체용 시트의 단면도와 집전체용 시트의 상부 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 전극의 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.
본 발명의 실시예에 따른 집전체용 시트의 압연 방법은, 집전체용 호일을 판상형의 압연 플레이트로 압연하되, 집전체용 호일과 대면하는 상기 압연 플레이트의 하면에는 복수의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 고로딩 전극을 제조하기 위한 집전체용 시트의 압연 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 전극활물질층 내에 도전성 경로(path)를 마련하기 위해, 집전체용 시트를 마련하는 압연 공정 시, 집전체용 시트에 돌출부를 형성함으로써, 상기 돌출부가 전극활물질층 내에서 도전성 경로가 되도록 한 데에 특징이 있다.
일반적으로, 전극 집전체용 호일은, 강도를 확보하기 위해, 집전체용 호일을 가압 압축하는 압연 공정을 수행하는데, 이 같은 압연 공정은 압연 플레이트나 압연 롤러를 이용해 수행될 수 있다. 도 1은 전극 집전체용 호일을 압연하는 압연 플레이트의 형상 및 압연 과정을 나타낸 모식도이고, 도 2는 종래 압연 플레이트가 집전체용 호일과 대면하는 가압면인 압연 플레이트의 하면(a)과 압연 롤러(b)를 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 압연 플레이트는 집전체용 호일에 접촉하여 가압하는 하면의 표면이 평탄하고, 압연 롤러도 마찬가지로 가압면의 표면이 평탄하다.
본 발명에 따른 압연 방법에 사용되는 압연 플레이트는, 하면에 복수의 돌기들이 형성되어 있고, 이 같은 돌기들이 형성된 압연 플레이트로 집전체를 가압하는 경우, 상기 돌기들과 접하는 집전체면에, 가압되는 힘이 집중되어 내부로 만입된 형상의 오목부가 형성되고, 반대로 돌기들과 접하지 않는 집전체면은 상대적으로 가압력이 약하여 돌출부가 형성되므로, 돌출부와 오목부를 구비한 집전체용 시트를 제조할 수 있게 된다.
돌출부와 오목부를 구비한 집전체용 시트를 제조하기 위해, 압연 롤러를 이용하는 방법을 고려할 수 있지만, 압연 롤러에 돌기들을 형성해 집전체용 시트를 압연할 경우에는, 집전체용 호일의 두께가 수 십 마이크로미터 단위의 극박인 점을 감안할 때, 오목부의 기저부를 평탄하게 압연하는 것이 까다롭고, 오목부의 기저부가 평탄하지 않을 경우 그 만큼 용량 손실이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명은 롤러가 아닌 플레이트 방식으로 압연하는 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 압연 플레이트의 하면을 나타낸 모식도로, 도 3을 참조하면, 압연 플레이트(10)의 하면에 형성된 돌기(11)들은, 배열 패턴으로 형성되어 있고, 상기 배열 패턴은, 돌기들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기들의 배열 패턴을 나타내고 있다. 도 4를 참조하면, 하나의 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 동일하다. 여기서 행단위를 구성하는 1군의 돌기들은, 하나의 행에 배열되어 있는 돌기들을 지칭하는 것이다. 그리고, 열방향이란 도 4를 참조하면 X축 방향이고, 행방향이란 Y축 방향을 의미하는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌기들의 배열 패턴을 나타내고 있다. 도 5를 참조하면, 하나의 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 상이하다.
상기 돌기들의 횡방향의 단면의 형상은 장방형인 것이 바람직하다. 이는 돌기들에 의해 형성되는 집전체용 시트의 오목부의 기저부를 평탄하게 하기 위한 것이다. 오목부의 기저부와 돌출부의 연장선이 직각을 이루는 형상이 용량 발현에 바람직한데, 오목부의 기저부가 평탄할수록 오목부의 기저부로부터 돌출부의 연장선이 직각 형상을 이룰 수 있게 된다.
또한, 하나의 돌기의 가로(W1) 및 세로의 길이는 각각 0.5 내지 10 cm, 바람직하게는 1 내지 5 cm일 수 있고, 돌기의 높이는 5 내지 200 ㎛, 바람직하게는 10 내지 100㎛ 이다.
그리고, 하나의 돌기와 돌기 사이의 간격(W2)은 0.5 내지 20 mm 일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 10 mm 일 수 있다. 하나의 돌기와 이웃한 돌기 사이의 간격이 상기 하한치보다 작은 경우, 집전체용 시트에 돌출부를 형성시키는 것이 어려울 수 있고, 반대로 돌기 사이의 간격이 상기 상한치를 초과하는 경우 전지의 용량 면에서 바람직하지 않다.
한편, 상기 하나의 돌기와 이웃하는 돌기 사이의 간격은, 돌기의 가로 또는 세로 길이의 0.02 배 내지 1배, 바람직하게는 0.05 배 내지 0.5 배, 더욱 바람직하게는 0.75 배 내지 0.3 배이다.
본 발명에서, 집전체용 시트는 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. 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.
이하, 본 발명의 집전체용 시트에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 압연 방법에 의해 압연된 집전체용 시트의 단면도로, 도 6을 참조하면, 본 발명의 집전체용 시트(20)는, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부(21)가 복수 개 형성되고 있고, 상기 오목부(21)들은 배열 패턴으로 형성되어 있다. 상기 오목부(21)는 압연 플레이트의 돌기(11)에 의해 가압되어 집전체용 시트에서 내향 만입된 부분이다. 상술한 바와 같이 돌기(11)들이 배열 패턴을 이루기 때문에, 이에 대응하는 오목부(21)들도 배열 패턴으로 형성되는 것이다. 그리고, 압연 플레이트의 돌기와 돌기 사이에 대응하는 부위에 의해 압연된 부위가 돌출부(22)가 되는 것이다. 상기 돌출부는 바닥이 평평한 기저부(23)로부터 집전체용 시트의 두께 방향으로 돌출되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 집전체용 시트는 양극 집전체인 알루미늄 시트일 수 있다.
이하, 본 발명의 전극에 대해 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전극의 단면도로, 도 7을 참조하면 본 발명의 전극은, 집전체(20) 및 집전체 상에 형성된 전극활물질층(30)을 포함하고, 상기 집전체(20)는, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부(21)가 복수 개 형성되어 있고, 상기 전극활물질층(30)은, 상기 오목부(21)들에 충진되고, 상기 오목부의 깊이(H1)를 초과하는 두께로 집전체를 덮고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 오목부들은 배열 패턴으로 형성되어 있고, 상기 배열 패턴은, 오목부들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성되는 것일 수 있다. 상기 오목부는, 본 발명의 압연 플레이트의 돌기에 의해 가압되어 형성된 것이므로, 오목부의 형상 및 오목부들의 배열 패턴은 전술한 돌기들의 그것과 같다.
또한, 상기 오목부의 깊이(H1)는 5 내지 200 ㎛, 바람직하게는 10 내지 100㎛ 일 수 있다. 이 또한 전술한 압연 플레이트의 돌기의 높이에 대응하는 수치인 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 오목부의 깊이, 즉 돌출부의 높이(H1)는, 오목부에서의 전극활물질층 두께(H2)의 60 내지 85%일 수 있고, 바람직하게는 70 내지 80%일 수 있다. 본 발명에서 집전체의 돌출부는 전극 내에서 도전성 경로의 기능을 담당하므로, 상기 수치 범위일 때, 전극의 도전성이 향상될 수 있다. 돌출부의 높이가 증가할수록 전기전도도가 높아질 수 있으나, 돌출부의 높이가 너무 클 경우에는, 내부 단락시, 상기 돌출부를 통한 단락 전류의 증가로 인해 전극 자체의 안전성이 감소할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명은 고로딩 전극에 적합한데 본 발명에서 고로딩 전극이란 전극활물질층의 로딩량이 300 ~ 700 mg/㎠ 인 전극을 의미한다. 따라서 전극활물질층의 로딩량이 상기 수치범위와 같이 큰 경우 본 발명의 집전체용 시트를 이용하면, 두께가 증가하여도 저항의 증가가 최소화된 전극의 구현이 가능한 것이다.
한편, 상기 전극활물질층은 상기 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포한 후, 건조 및 압연하여 형성될 수 있다. 상기 전극 슬러리는, 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 전극활물질은 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.
또한 본 발명의 전극은, 음극 보다는 양극에서 그 효과가 더욱 극대화되는 바, 상기 집전체는 알루미늄 집전체일 수 있고, 상기 전극활물질층은 양극활물질을 포함한다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 명세서 상의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
실시예 1
도 3의 압연 플레이트로 알루미늄 포일을 압연하여 오목부가 형성된 집전체용 시트를 제조하였다. 이때 압연 플레이트 하면에 형성된 돌기들은 배열 패턴을 이루고 있고, 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 동일하였다. 그리고 하나의 돌기의 높이는 80㎛ 이고, 돌기의 가로 및 세로의 길이는 각각 3㎝ 이며, 돌기와 돌기 사이의 간격은 5㎜ 이다. 압연된 집전체용 시트의 오목부의 깊이는 75㎛ 이고, 그외 기저부의 두께는 20㎛이다.
전극 양극 활물질 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(평균입경 6㎛), 바인더인 PVDF 및 도전재인 카본블랙을 92.5:4:3.5의 조성비로 용매 N-메틸 피롤리돈(NMP)에 투입하여 양극활물질층 형성을 위한 슬러리를 준비하였다. 상기 양극활물질층 형성을 위한 슬러리를, 상기와 같이 압연된 집전체용 시트의 일면에 코팅하고(로딩량은 400 mg/㎠), 건조 및 압연시켜 오목부에서의 두께 100㎛인 양극활물질층을 형성시켰다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 압연 플레이트의 돌기 높이를 조절하여, 압연 후 집전체용 시트의 오목부의 깊이가 70㎛가 되도록 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 압연 플레이트의 돌기 높이를 조절하여, 압연 후 집전체용 시트의 오목부의 깊이가 80㎛가 되도록 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
비교예 1
도 2(a)와 같이 하면이 평평한 압연 플레이트로, 알루미늄 호일을 압연하여, 두께가 20㎛인 집전체용 시트를 제조하였다.
상기 실시예 1과 동일한 조성의 양극활물질층 형성을 위한 슬러리를 상기 집전체용 시트의 일면에 코팅하고(로딩량은 400 mg/㎠), 건조 및 압연시켜 두께 100㎛인 양극활물질층을 형성시켰다.
비교예 2
상기 비교예 1에서 양극활물질층 형성을 위한 슬러리를 코팅할 때에 로딩량을 200 mg/㎠으로 변경한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 양극을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 양극의 전기 저항을 MP tester로 측정하여 비교하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
저항(Ω)
실시예 1 0.0611
실시예 2 0.063
실시예 3 0.0592
비교예 1 0.101
비교예 2 0.067
본 발명의 실시예에 따른 양극은, 같은 로딩량을 가지는 비교예 1의 양극과 비교해 저항이 작고, 로딩량이 작은 비교예 2의 양극과 비교해 저항이 동등한 수준이다. 따라서, 본 발명의 압연 방법에 따른 집전체용 시트는, 양극활물질의 로딩량을 증가시키더라도, 저항 증가가 작은 바, 스택 공정을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
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.
1, 10 : 압연 플레이트
1': 압연 롤러
20: 집전체용 호일, 집전체용 시트
11: 돌기
21, 121: 오목부
22, 122: 돌출부
23, 123: 기저부
100: 전극
120: 집전체
130: 전극활물질층

Claims (15)

  1. 고로딩 전극의 집전체용 시트의 압연 방법으로서,
    집전체용 호일을 판상형의 압연 플레이트로 압연하되, 집전체용 호일과 대면하는 상기 압연 플레이트의 하면에는 복수의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들은 배열 패턴으로 형성되어 있고,
    상기 배열 패턴은, 돌기들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성되는 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 동일한 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 행단위를 구성하는 1군의 돌기들 각각은, 상기 열방향에 있어서 서로 이웃하는 다른 행단위의 돌기들과 행방향의 위치가 상이한 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 돌기와 돌기 사이의 간격은, 돌기의 가로 길이의 0.02 내지 1 배인 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기의 높이는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 집전체용 시트 압연 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들의 횡방향 단면의 형상은 장방형인 것을 특징으로 하는 집전체용 시트의 압연 방법.
  8. 제 1 항에 따라 압연된 집전체용 시트로서, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부가 복수 개 형성되고 있고, 상기 오목부들은 배열 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 집전체용 시트.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 집전체용 시트는 알루미늄 시트인 것을 특징으로 하는 집전체용 시트.
  10. 제 1 항에 따라 압연된 집전체 및 상기 집전체 상에 형성된 전극활물질층을 포함하고,
    상기 집전체는, 내향 만입되어 있는 장방형의 오목부가 복수 개 형성되어 있고,
    상기 전극활물질층은, 상기 오목부들에 충진되고, 상기 오목부의 깊이를 초과하는 두께로 집전체를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 전극.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 오목부들은 배열 패턴으로 형성되어 있고,
    상기 배열 패턴은, 오목부들이 동일한 피치로 직선 형상으로 나열된 행방향 및 상기 행방향으로 나열된 1군의 돌기들로 이루어진 행단위가 서로 평행하게 소정 간격으로 배치되는 열방향으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전극.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 오목부의 깊이는, 오목부에서의 전극활물질층 두께의 60 내지 85%인 것을 특징으로 하는 전극.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 전극활물질층의 로딩량은 300 ~ 700 mg/㎠ 인 전극.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 집전체는 알루미늄 집전체이고, 상기 전극활물질층은 양극활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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