KR20220026789A - Method for manufacturing electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이차전지용 전극의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode, and more particularly, to a method for manufacturing an electrode for a secondary battery.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more concrete as the field of application expands to cell phones, camcorders, notebook PCs, and even the energy of electric vehicles.
전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이차전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.Electrochemical devices are receiving the most attention in this aspect, and among them, the development of rechargeable batteries capable of charging and discharging is the focus of interest. In recent years, in the development of secondary batteries, research and development on the design of new electrodes and batteries in order to improve capacity density and specific energy have been actively carried out.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬이차전지는 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 that use aqueous electrolyte solutions. is in the spotlight as
이들 전기 화학 소자에 대한 기대가 높아지는 한편으로, 이들 전기 화학 소자에는, 용도의 확대나 발전에 수반하여, 저저항화, 고용량화, 기계적 특성이나 생산성의 향상 등, 보다 한층 개선이 요구되고 있다. 이와 같은 상황에 있어서, 전기 화학 소자용 전극에 관해서도 보다 생산성이 높은 제조 방법이 요구되고 있다.While expectations for these electrochemical devices are increasing, further improvements such as low resistance, high capacity, and improvement of mechanical properties and productivity are required for these electrochemical devices along with the expansion and development of uses. In such a situation, the manufacturing method with higher productivity is calculated|required also about the electrode for electrochemical elements.
전기 화학 소자용 전극은, 통상, 전극 활물질과 필요에 따라 사용되는 도전재를 바인더로 결착시킴으로써 형성된 전극 활물질층을 집전체 상에 적층하여 이루어지는 것이다. 다시 말해, 전극 활물질, 바인더, 도전재 등을 포함하는 도포 전극용 슬러리(Slurry)를 집전체 상에 도포하고, 용제를 열 등에 의해 제거하는 방법으로 전극을 제조할 수 있다.The electrode for electrochemical elements is a thing formed by laminating|stacking the electrode active material layer formed by binding an electrode active material and the electrically conductive material used as needed normally with a binder on an electrical power collector normally. In other words, the electrode may be manufactured by applying a slurry for a coating electrode including an electrode active material, a binder, a conductive material, etc. on a current collector and removing the solvent by heat or the like.
구체적으로, 양극 및 음극의 제조를 위해서는 원재료를 혼합하는 믹싱(Mixing) 공정을 비롯하여 코팅(Coating), 건조(Drying), 롤 프레스(Roll Pressing), 테이핑(Taping), 슬리팅(Slitting) 등의 공정들을 거치게 된다. 이때, 믹싱(Mixing) 공정은 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등의 원재료를 혼합하여 균일한 상태의 슬러리를 만드는 공정이다. 다만, 이러한 믹싱 공정에서, 도전재 투입 시 뭉침 등의 공정상의 문제가 발생할 수 있다. 즉, 도전재 분산에 큰 어려움이 있다. 표면적이 크고 표면 장력, 특히 분산력이 큰 도전재는 뭉치려는 성향이 매우 강해 혼합물 내에서 도전재를 균일하게 분산시키기 매우 어렵다. 셀 성능을 유지하기 위해서는 입자가 큰 도전재를 과량 넣는 등의 시도를 하였으나, 여전히 도전재 분산에 한계가 있다. 도전재는 전극 활물질 간의 도전성 향상을 위해 첨가하는 것인데, 뭉침 등의 현상이 발생할 경우, 코팅 공정이나 롤 프레스 공정 이후에도 목적하는 도전성이 확보되지 않는 문제가 있다.Specifically, for the production of the positive electrode and the negative electrode, a mixing process of mixing raw materials, as well as coating, drying, roll pressing, taping, slitting, etc. go through the processes. In this case, the mixing process is a process of mixing raw materials such as an electrode active material, a conductive material, and a binder to make a slurry in a uniform state. However, in such a mixing process, process problems such as aggregation may occur when the conductive material is input. That is, there is a great difficulty in dispersing the conductive material. Conductive materials having a large surface area and high surface tension, especially dispersing force, have a very strong tendency to agglomerate, so it is very difficult to uniformly disperse the conductive material in the mixture. In order to maintain the cell performance, attempts have been made, such as adding an excessive amount of a conductive material with large particles, but there is still a limit to the dispersion of the conductive material. The conductive material is added to improve the conductivity between the electrode active materials, and when a phenomenon such as agglomeration occurs, there is a problem in that the desired conductivity is not secured even after the coating process or the roll pressing process.
도전재 분산성이 개선되고, 그에 따라 전극 저항의 증가를 억제할 수 있는 전극의 제조 방법에 대한 개발 필요성이 높은 실정이다.There is a high need for development of a method for manufacturing an electrode capable of improving dispersibility of a conductive material and thus suppressing an increase in electrode resistance.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 도전재의 분산성 개선할 수 있는 전극의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrode capable of improving the dispersibility of a conductive material.
그러나, 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 전극의 제조 방법은, 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 집전체 상에 도포하여 활물질층을 형성하는 단계; 및 상기 활물질층에 도전재를 첨가하는 단계를 포함한다. 상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 활물질층 상에 상기 도전재를 포함하는 분산액을 분사하여, 상기 전극 활물질 사이에 상기 도전재를 분포시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention includes forming an active material layer by applying a slurry containing an electrode active material on a current collector; and adding a conductive material to the active material layer. The adding of the conductive material may include distributing the conductive material between the electrode active materials by spraying a dispersion containing the conductive material on the active material layer.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 고압으로 분사하는 고압 분사 단계 및 상기 분산액을 저압으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함할 수 있다.The adding of the conductive material may include a high-pressure spraying step of spraying the dispersion at a high pressure and a low-pressure spraying step of spraying the dispersion at a low pressure.
상기 도전재를 첨가하는 단계에서, 상기 분산액은 1kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하의 압력으로 분사될 수 있다.In the step of adding the conductive material, the dispersion may be sprayed at a pressure of 1 kgf/cm 2 or more and 50 kgf/cm 2 or less.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 10kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하의 압력으로 분사하는 고압 분사 단계를 포함할 수 있다.The adding of the conductive material may include a high-pressure spraying step of spraying the dispersion at a pressure of 10 kgf/cm 2 or more and 50 kgf/cm 2 or less.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 1kgf/cm2 이상 10kgf/cm2 미만의 압력으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함할 수 있다.The adding of the conductive material may include a low-pressure spraying step of spraying the dispersion at a pressure of 1 kgf/cm 2 or more and less than 10 kgf/cm 2 .
상기 전극의 제조 방법은, 상기 집전체 및 상기 활물질층을 저기압 상태로 유지하는 저기압 유지 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 저기압 상태는 100nPa 이상 100kPa 이하의 기압일 수 있다.The method of manufacturing the electrode may further include a low pressure maintaining step of maintaining the current collector and the active material layer in a low pressure state, and the low pressure state may be an atmospheric pressure of 100 nPa or more and 100 kPa or less.
상기 전극의 제조 방법은, 상기 집전체 및 상기 활물질층을 가열하는 가열 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 가열 단계에서 가열 온도는 섭씨 30도 이상 섭씨 150도 이하일 수 있다.The method of manufacturing the electrode may further include a heating step of heating the current collector and the active material layer, and the heating temperature in the heating step may be 30 degrees Celsius or more and 150 degrees Celsius or less.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 액체 플라즈마 방식으로 분사하는 단계를 포함할 수 있다.The adding of the conductive material may include spraying the dispersion in a liquid plasma method.
상기 분산액은, 용매에 상기 도전재를 첨가하여 제조될 수 있고, 상기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 또는 DI(Deionized) Water를 포함할 수 있다.The dispersion may be prepared by adding the conductive material to a solvent, and the solvent may include N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) or Deionized (DI) Water.
상기 분산액은, CMC(Carboxymethyl Cellulose)를 포함할 수 있다.The dispersion may include CMC (Carboxymethyl Cellulose).
상기 분산액은 1nm 이상 50μm 이하의 입자로 분사될 수 있다.The dispersion may be sprayed into particles of 1 nm or more and 50 μm or less.
본 발명의 실시예들에 따르면, 혼합 및 도포 방식이 아닌 분사 방식으로 도전재를 첨가하여, 전극 활물질 사이에 도전재가 고르게 분포하도록 형성할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the conductive material may be evenly distributed between the electrode active materials by adding the conductive material by a spraying method instead of a mixing and applying method.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법을 나타낸 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 분사 단계의 효과를 설명하기 위해 활물질층을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 분사 단계의 효과를 설명하기 위해 활물질층을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 유지 단계를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열을 실시하는 가열 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 유지 단계와 가열 단계가 차례로 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액체 플라즈마 방식을 설명하기 위한 단면 사시도이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of the active material layer in order to explain the effect of the high-pressure spraying step according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view showing the active material layer in order to explain the effect of the low-pressure spraying step according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view for explaining a low pressure maintaining step according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a heating step of performing heating according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining that the low pressure maintaining step and the heating step are sequentially performed according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional perspective view for explaining a liquid plasma method according to another embodiment of the present invention.
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 to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several 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 assigned to the same or similar components 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, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part 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 gravity not.
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, when referring to "planar", it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional" means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법을 나타낸 개략적인 도면이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 전극 활물질을 포함하는 슬러리(100)를 집전체(200) 상에 도포하여 활물질층(100L)을 형성하는 단계 및 활물질층(100L)에 도전재를 첨가하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 도전재를 첨가하는 단계는, 활물질층(100L) 상에 도전재를 포함하는 분산액(300)을 분사하여, 상기 전극 활물질 사이에 상기 도전재를 분포시키는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1 , in the method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention, a
집전체(200)는 장방형의 금속 시트로써, 롤러(20) 등의 장치에 의해 일 방향으로 연속적으로 이동할 수 있다.The
전극 활물질을 포함하는 슬러리(100)의 도포 방식에 특별한 제한은 없으나, 다이 코터(10)를 이용하여 일 방향으로 연속적으로 이동하는 집전체(200) 상에 슬러리(100)를 도포할 수 있다.There is no particular limitation on the application method of the
본 발명에 따른 전극은 양극 또는 음극일 수 있으며, 상기 전극이 양극일 경우에는 상기 전극 활물질은 양극 활물질일 수 있고, 상기 전극이 음극일 경우에는 상기 전극 활물질은 음극 활물질일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 상기 전극의 제조 방법은 양극과 음극에 특별히 제한되지 않고 어떠한 전극 제조에도 용이하게 적용가능하며, 상기 각 전극의 제조에 사용되는 재료(예컨대, 양극 활물질 또는 음극 활물질)에 따라 상이한 전극을 제조할 수 있다.The electrode according to the present invention may be a positive electrode or a negative electrode, and when the electrode is a positive electrode, the electrode active material may be a positive electrode active material, and when the electrode is a negative electrode, the electrode active material may be a negative electrode active material. That is, the method for manufacturing the electrode according to the present invention is not particularly limited to the positive electrode and the negative electrode and can be easily applied to any electrode manufacturing, depending on the material (eg, positive electrode active material or negative electrode active material) used for manufacturing each electrode. Different electrodes can be made.
양극 활물질은, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2)등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x= 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may include a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; Although Fe2 (MoO4)3 etc. are mentioned, It is not limited only to these.
음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다. Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitizable carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 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.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite, such as natural graphite and artificial graphite; carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
분산액(300)은 용매에 상기 도전재를 첨가하여 제조될 수 있다. 상기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 또는 DI(Deionized) Water를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제조되는 전극이 양극일 경우, 상기 용매가 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)를 포함할 수 있다. 제조되는 전극이 음극일 경우, 상기 용매가 DI(Deionized) Water를 포함할 수 있다.The
한편, 상기 도전재의 분산성 향상을 위해 분산액(300)에 CMC(Carboxymethyl Cellulose)를 더 첨가할 수 있다. Meanwhile, Carboxymethyl Cellulose (CMC) may be further added to the
한편, 본 실시예에 따라 상기 도전재를 첨가하는 단계는, 분산액(300)을 고압으로 분사하는 고압 분사 단계 및 분산액(300)을 저압으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함할 수 있다. Meanwhile, the step of adding the conductive material according to the present embodiment may include a high-pressure spraying step of spraying the
구체적으로, 활물질층(100L)으로부터 일정 간격 이격된 분사 장치(30)를 이용하여 분산액(300)을 소정의 압력으로 활물질층(100L) 상에 분사할 수 있다. 이때 분사 장치(30)는 분사되는 분산액(300)의 압력을 조정할 수 있으며, 본 실시예에 따라 상기 도전재를 첨가하는 단계는 상기 고압 분사 단계와 상기 저압 분사 단계를 포함하여, 분산액(300)을 각 단계마다 다른 압력으로 분사할 수 있다.Specifically, the
종래의 경우, 전극 활물질과 도전재를 믹싱(Mixing) 공정 통해 혼합하여 슬러리를 제조한 후 이를 집전체에 도포하여 전극을 제조하였다. 그러나, 분산력이 큰 도전재는 뭉치려는 성향이 매우 강해 혼합물 내에서 도전재를 균일하게 분산시키기 매우 어렵다. 이로 인해, 제조된 전극에서 도전재가 고르게 분포하지 못하고, 목적하는 도전성을 확보하지 못하는 문제가 있었다.In the conventional case, a slurry was prepared by mixing an electrode active material and a conductive material through a mixing process, and then applied to a current collector to prepare an electrode. However, the conductive material having a large dispersing force has a very strong tendency to agglomerate, so it is very difficult to uniformly disperse the conductive material in the mixture. For this reason, there is a problem in that the conductive material is not evenly distributed in the manufactured electrode, and it is not possible to secure the desired conductivity.
본 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 도전재를 미리 전극 활물질 등과 혼합하는 것이 아닌, 이미 도포된 활물질층(100L)에 도전재가 포함된 분산액(300)을 소정의 압력으로 분사한다. 이는, 도전재가 활물질층(100L)에 고르게 분포되도록 할 수 있다. In the electrode manufacturing method according to the present embodiment, the
또한, 슬러리(100)를 도포하여 활물질층(100L)을 형성함에 있어, 전극 활물질 등이 3차원으로 분포하고 있으므로, 이들의 틈새에는 다수의 공극(pore)이 존재하고 있다. 전극에 존재하는 공극은 이차 전지 내에서 전해액으로 채워져 이온 등의 통로가 될 수 있다. 이때, 본 실시예에 따라 분산액(300)을 분사할 경우, 분사된 분산액(300)이 활물질층(100L)에 형성된 공극에 고르게 분포할 수 있어, 도전성 향상에 보다 효과적일 수 있다.In addition, in forming the
또한, 본 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 분사의 방식을 이용하기 때문에 전극의 공극의 크기, 개수나 분포 등을 분석한 후 이에 맞추어 분산액(300)의 입자의 크기나 분사되는 압력을 조절할 수 있다. 다시 말해, 제조된 전극의 공극에 맞추어 분산액(300)의 입자의 크기나 분사되는 압력을 조절함으로써, 전극의 공극 사이에 분산액(300)이 고르게 분포되도록 할 수 있다. 이러한 분산액(300)의 입자의 크기는 전극의 공극의 분포나 크기에 따라 다를 수 있으나, 1nm 이상 50μm 이하임이 바람직하다. 또한, 분사되는 분산액(300)의 압력은 1kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하일 수 있다. 분사되는 분산액의 압력이 1kgf/cm2 미만이라면, 분사 압력이 약하여 활물질층(100L) 내부까지 분산액이 분포되기 어렵다. 반면, 분사되는 분산액의 압력이 50kgf/cm2 초과라면, 분사 압력이 너무 강하여 활물질층(100L)에 손상이 가해질 수 있다. 한편, 본 실시예에서, 활물질층(100L)과 분사 장치(30) 사이의 거리(d)는 10μm 이상 0.1m 이하일 수 있다. 상술한 분산액(300) 분사의 압력 범위 등을 고려할 때, 상기 거리(d)의 범위 내에서 분산액(300)이 분사되어야 고르게 분포될 수 있다. In addition, since the manufacturing method of the electrode according to the present embodiment uses a spraying method, the size, number, or distribution of pores of the electrode are analyzed, and the size of the particles of the
한편, 본 발명의 비교예로써, 활물질층(100L)에 분산액(300)을 단순히 흘러 보내거나 바르는 등의 도포의 형태가 제안될 수 있다. 공극이 형성된 활물질층(100L)은 어느 정도의 두께를 가지고 있기 때문에 그 표면에 분산액(300)을 도포하는 것만으로는 전체적으로 고르게 전극 활물질 사이에 도전재를 분포시키기 어렵다. 이와 달리, 본 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 상기 고압 분사 단계나 상기 저압 분사 단계를 포함하여, 분산액(300)이 각 단계마다 다른 압력으로 분사되도록 조정할 수 있다. On the other hand, as a comparative example of the present invention, a form of application such as simply flowing or applying the
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참고하여, 고압 분사 단계나 상기 저압 분사 단계의 효과에 대해 함께 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 분사 단계의 효과를 설명하기 위해 활물질층을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 분사 단계의 효과를 설명하기 위해 활물질층을 확대하여 나타낸 도면이다.Hereinafter, effects of the high-pressure injection step or the low-pressure injection step will be described together with reference to FIGS. 2 and 3 . 2 is an enlarged view showing an active material layer to explain the effect of the high-pressure spraying step according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an active material to explain the effect of the low-pressure spraying step according to an embodiment of the present invention. This is an enlarged view of the layers.
먼저, 고압 분사 단계로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전재를 첨가하는 단계는, 분산액(300)을 10kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하의 압력으로 분사하는 고압 분사 단계를 포함할 수 있다. 이때 도 2를 참고하면, 상기 고압 분사 단계를 통해 공극(100P)이 분포된 활물질층(100L)에 대해 깊숙한 부분까지 분산액(300)이 스며들도록 함으로써, 단면상에서 집전체(200)와 가까운 활물질층(100L)의 내측까지 도전재를 고르게 분포시킬 수 있다.First, as a high-pressure spraying step, the step of adding a conductive material according to an embodiment of the present invention may include a high-pressure spraying step of spraying the
다음, 저압 분사 단계로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전재를 첨가하는 단계는, 분산액을 1kgf/cm2 이상 10kgf/cm2 미만의 압력으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함할 수 있다. 이때 도 3을 참고하면, 상기 저압 분사 단계를 통해 공극(100P)이 분포된 활물질층(100L)의 표면부에 골고루 분산액(300)이 스며들도록 함으로써, 단면상에서 활물질층(100L)의 외측에 도전재를 고르게 분포시킬 수 있다.Next, as a low-pressure spraying step, the step of adding the conductive material according to an embodiment of the present invention may include a low-pressure spraying step of spraying the dispersion at a pressure of 1 kgf/cm 2 or more and less than 10 kgf/cm 2 . At this time, referring to FIG. 3, by allowing the
본 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 상기 고압 분사 단계와 상기 저압 분사 단계를 적절히 활용함으로써, 전극의 활물질층(100L)의 공극(100P) 내부에 도전재가 포함된 분산액(300)을 보다 고르게 분포시킬 수 있다. 활물질층(100L)에 분산액(300)을 단순히 흘러 보내거나 바르는 등의 본 발명의 비교예와 비교한다면, 이러한 본 실시예에 따른 고압 분사 단계와 저압 분사 단계의 효과가 더욱 명확할 수 있다. The electrode manufacturing method according to the present embodiment, by appropriately utilizing the high-pressure injection step and the low-pressure injection step, more evenly the
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 저기압 유지 단계를 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열을 실시하는 가열 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저기압 유지 단계와 가열 단계가 차례로 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면이다.4 is a schematic diagram for explaining a low pressure maintenance step according to an embodiment of the present invention. 5 is a view for explaining a heating step of performing heating according to an embodiment of the present invention. 6 is a view for explaining that the low pressure maintaining step and the heating step are sequentially performed according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법은, 집전체(200) 및 활물질층(100L)을 저기압 상태로 유지하는 저기압 유지 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 일 방향으로 이동하는 활물질층(100L) 및 집전체(200)에 대해 소정의 구간을 저기압 상태로 유지할 수 있다. 여기서 저기압이라 함은, 100nPa(nanopascal) 이상 100kPa(kilopascal)이하의 압력일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 저기압 상태는 진공 상태일 수 있으며, 구체적으로 100nPa 이상 3kPa 이하의 압력일 수 있다.First, referring to FIG. 4 , the method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention may include a low pressure maintaining step of maintaining the
이때, 저기압 유지 단계는 분산액(300)을 분사하기 이전부터 분산액(300)을 분사한 이후까지 이어질 수 있다. 즉, 도 4에 표시된 저기압 유지 구역(A)에서 기압 설정 장비에 의해 저기압 상태로 유지될 수 있다. 기압 설정 장비는 기압의 조절이 가능하다면 특별한 제한은 없다.In this case, the low pressure maintaining step may be continued from before the
본 실시예에 따르면, 저기압 상태로 유지되는 동안 활물질층(100L)에 분산액(300)이 분사될 수 있다. 이후 저기압 상태, 특히 진공 상태가 해제되면, 변화된 기압으로 인해 분사된 분산액(300)이 공극(100P) 내부에 고르게 분포될 수 있다.According to this embodiment, the
한편, 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법은 집전체(200) 및 활물질층(100L)을 가열하는 가열 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 일 방향으로 이동하는 활물질층(100L) 및 집전체(200)에 대해 소정의 구간에 열을 가할 수 있다. 이 때 가열 온도는 섭씨 30도 이상 섭씨 150도 이하일 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 5 , the method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention may include a heating step of heating the
이때, 상기 가열 단계는 분산액(300)의 분사와 동시에 이루어지고, 분산액(300)을 분사한 이후까지 이어질 수 있다. 즉, 도 5에 표시된 가열 구역(B)에서 가열 장비에 의해 열이 인가될 수 있다. 가열 장비는 열 인가 또는 온도 상승이 가능하다면 특별한 제한은 없다. 본 실시예에 따른 가열 단계에서, 분산액(300)이 분사된 활물질층(100L)에 대해 열이 인가되면, 그 열 에너지에 의해 분산액(300)이 공극(100P) 내부에 고르게 퍼져나갈 수 있다. In this case, the heating step is performed simultaneously with the spraying of the
한편, 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법에서, 상기 저기압 유지 단계와 상기 가열 단계가 차례로 이루어질 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 6 , in the method of manufacturing an electrode according to another embodiment of the present invention, the low pressure maintaining step and the heating step may be sequentially performed.
구체적으로, 활물질층(100L) 및 집전체(200) 저기압 상태로 유지하는 저기압 유지 단계가 분산액(300)의 분사 이전부터 분산액(300)의 분사 직후까지 이어질 수 있다. 즉, 표시된 저기압 유지 구역(A’)에서 기압 설정 장비에 의해 저기압 상태로 유지될 수 있다. 분산액(300)의 분사 직후 상기 저기압 유지가 해제되고, 활물질층(100L) 및 집전체(200)을 가열하는 가열 단계가 이어질 수 있다. 즉, 표시된 가열 구역(B’)에서 가열 장비에 의해 열이 인가될 수 있다. Specifically, the low pressure maintenance step of maintaining the
본 실시예에 따르면, 상기 저기압 유지 단계와 상기 가열 단계가 차례로 이루어짐에 따라 분산액(300)이 공극(100P) 내부에 고르게 분포될 수 있다.According to this embodiment, as the low pressure maintaining step and the heating step are sequentially performed, the
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액체 플라즈마 방식을 설명하기 위한 단면 사시도이다. 7 is a cross-sectional perspective view for explaining a liquid plasma method according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 도전재를 첨가하는 단계는, 분산액(300)을 액체 플라즈마 방식으로 분사하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the step of adding the conductive material according to another embodiment of the present invention may include spraying the
구체적으로, 분산액(300)이 2개의 전극(510, 520) 사이를 관통하는 유로(P)를 이동하도록 설계할 수 있다. 제1 전극(510)과 제2 전극(520)사이에 유전체(530)를 배치하고, 분산액이 제1 전극(510), 유전체(530) 및 제2 전극(520)를 차례로 통과한 뒤 외부로 토출되도록 설계될 수 있다. 2개의 전극(510, 520)은 각각 전압을 인가할 수 있는 전원부(540)와 연결될 수 있다. 2개의 전극(510, 520) 사이에 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있다. Specifically, the
2개의 전극(510, 520) 사이에 300V 이상의 고전압을 인가하여, 분산액(300)을 기초로 액체 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 분산액(300)이 유로(P)를 이동할 때, 2개의 전극(510, 520) 사이에 고전압을 인가하여, 분산액(300)을 기초로 하여 플라즈마를 발생시킨다. 이렇게 발생된 플라즈마는 집전체(200, 도 1 참조) 상에 도포된 활물질층(100L, 도 1 참조)을 향해 토출될 수 있다. By applying a high voltage of 300V or more between the two
이러한 액체 플라즈마 방식으로 분산액(300)을 분사할 경우, 활물질층(100L) 표면에서 공극의 크기가 작거나 공극의 분포 정도가 낮을 때, 작은 공극 사이로 도전재가 포함된 분산액(300)이 쉽게 침투할 수 있어, 도전재 분포에 효과적일 수 있다.When the
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.In this embodiment, terms indicating directions such as front, rear, left, right, up, and down are used, but these terms are for convenience of explanation only, and may vary depending on the location of the object or the position of the observer. .
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 preferred embodiments of the present invention have 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 as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
100: 슬러리
100L: 활물질층
200: 집전체
300: 분산액100: slurry
100L: active material layer
200: current collector
300: dispersion
Claims (11)
상기 활물질층에 도전재를 첨가하는 단계를 포함하고,
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 활물질층 상에 상기 도전재를 포함하는 분산액을 분사하여, 상기 전극 활물질 사이에 상기 도전재를 분포시키는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.forming an active material layer by applying a slurry containing an electrode active material on a current collector; and
adding a conductive material to the active material layer;
The adding of the conductive material comprises distributing the conductive material between the electrode active materials by spraying a dispersion containing the conductive material on the active material layer.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 고압으로 분사하는 고압 분사 단계 및 상기 분산액을 저압으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 1,
The step of adding the conductive material includes a high-pressure spraying step of spraying the dispersion at a high pressure and a low-pressure spraying step of spraying the dispersion at a low pressure.
상기 도전재를 첨가하는 단계에서, 상기 분산액은 1kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하의 압력으로 분사되는 전극의 제조 방법.In claim 1,
In the step of adding the conductive material, the dispersion is 1kgf/cm 2 or more and 50kgf/cm 2 or less. A method of manufacturing an electrode in which the pressure is sprayed.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 10kgf/cm2 이상 50kgf/cm2 이하의 압력으로 분사하는 고압 분사 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 1,
The step of adding the conductive material includes a high-pressure spraying step of spraying the dispersion at a pressure of 10 kgf/cm 2 or more and 50 kgf/cm 2 or less.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 1kgf/cm2 이상 10kgf/cm2 미만의 압력으로 분사하는 저압 분사 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 1,
The adding of the conductive material includes a low-pressure spraying step of spraying the dispersion at a pressure of 1 kgf/cm 2 or more and less than 10 kgf/cm 2 .
상기 집전체 및 상기 활물질층을 저기압 상태로 유지하는 저기압 유지 단계를 더 포함하고,
상기 저기압 상태는 100nPa 이상 100kPa 이하의 기압인 전극의 제조 방법.In claim 1,
Further comprising a low pressure maintaining step of maintaining the current collector and the active material layer in a low pressure state,
The method of manufacturing an electrode wherein the low pressure state is an atmospheric pressure of 100 nPa or more and 100 kPa or less.
상기 집전체 및 상기 활물질층을 가열하는 가열 단계를 더 포함하고,
상기 가열 단계에서 가열 온도는 섭씨 30도 이상 섭씨 150도 이하인 전극의 제조 방법.In claim 1,
Further comprising a heating step of heating the current collector and the active material layer,
In the heating step, the heating temperature is 30 degrees Celsius or more and 150 degrees Celsius or less.
상기 도전재를 첨가하는 단계는, 상기 분산액을 액체 플라즈마 방식으로 분사하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 1,
The adding of the conductive material may include spraying the dispersion liquid in a liquid plasma method.
상기 분산액은, 용매에 상기 도전재를 첨가하여 제조되고,
상기 용매는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone) 또는 DI(Deionized) Water를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 1,
The dispersion is prepared by adding the conductive material to a solvent,
The solvent is a method of manufacturing an electrode comprising NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) or DI (Deionized) Water.
상기 분산액은, CMC(Carboxymethyl Cellulose)를 포함하는 전극의 제조 방법.In claim 9,
The dispersion is a method of manufacturing an electrode comprising CMC (Carboxymethyl Cellulose).
상기 분산액은 1nm 이상 50μm 이하의 입자로 분사되는 전극의 제조 방법.
In claim 1,
The method of manufacturing an electrode in which the dispersion is sprayed with particles of 1 nm or more and 50 μm or less.
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