KR20220055324A - 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법 및 제조방법 - Google Patents

전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법은, (a) 전극 제조용 슬러리에 대해 초기 저장 탄성률 G'0를 측정하는 과정; (b) 전극 제조용 슬러리에 전단 속도를 변경하면서, 저장 탄성률 G'을 측정하고, 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 및 그 편차를 산출하는 과정; (c) 상기 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 또는 그 편차와 기준값을 비교하여 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하는 과정을 포함한다.

Description

전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법 및 제조방법{METHOD FOR EVALUATING BLOCKAGE OF FILTER BY SLURRYS FOR MANUFACTURING ELECTRODES AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE SLURRYS}
본 발명은 전극 형성용 전극 슬러리의 필터 막힘 평가 방법 및 전극 제조용 슬러리의 제조방법에 관한 것으로 신규한 평가 방법을 통해 거분이 발생하지 않는 전단 속도와 전극 형성용 슬러리의 고형분 함량 및 조성을 도출하는 방법에 관한 것이다.
모바일, 자동차 및 에너지 저장 장치 분야에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장되고 있는 추세이다.
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 전기 에너지를 생성한다.
리튬 이차전지에 사용되는 음극은 전류 집전체에 탄소계 음극 활물질을 코팅하여 형성되는 것이 일반적이다. 상기 음극 활물질로서 종래에는 이론 한계 용량이 높은 천연 흑연 또는 인조 흑연 등의 결정질 탄소가 일반적으로 사용되었다. 전극을 활물질 슬러리로 코팅할 때 슬러리 내의 큰 입자가 코팅되는 것을 방지하기 위해 코팅 전에 필터를 사용하여 큰 입자를 거르고 있다. 일반적으로 음극 활물질 슬러리의 경우, 활물질 입자들이 잘 분산되어 있기 때문에 필터 막힘 이슈가 자주 발생하지는 않았다. 하지만, 최근 음극 활물질 슬러리의 팽윤을 방지하기 위하여 인조 흑연을 적용하면서 필터 막힘 이슈가 많이 발생하고 있다. 인조 흑연은 판상형 구조로 필터 막힘 이슈가 발생하는 것은 인조 흑연의 전단 유도된 겔화(shear-induced gelation) 현상 때문이며, 인조 흑연을 이용하여 전극을 제조하는 경우, 일정한 로딩 컨트롤(loading control)이 어려워 공정성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
이러한 필터 막힘 이슈가 발생하는 원인이나 이를 판별할 수 있는 방법이 연구되어 있지 않아 본 발명에서는 이를 판별할 수 있는 평가법을 제안하였다. 즉 본 발명은, 거분이 발생하지 않는 한계 전단 속도와 전극 형성용 슬러리의 고형분 함량 및 조성을 도출하는 신규한 방법을 제공하고자 한다.
한국공개특허 10-2018-0133749
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 필터 막힘 이슈가 있는 거분 발생의 한계 전단 속도를 예측하고, 거분이 발생하지 않는 전극 제조용 슬러리의 고형분 함량 및 조성을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법은, a) 전극 제조용 슬러리에 대해 초기 저장 탄성률 G'0를 측정하는 과정; (b) 전극 제조용 슬러리에 전단 속도를 변경하면서, 저장 탄성률 G'을 측정하고, 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 및 그 편차를 산출하는 과정; (c) 상기 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 또는 그 편차와 기준값을 비교하여 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)이 1.5 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)의 편차가 10% 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 저장 탄성율 G'는 회전형 레오미터(Rheometer)를 이용하여 측정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극은 음극이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극 제조용 슬러리가 판상형 흑연을 포함한다.
본 발명의 전극 제조용 슬러리의 제조방법은, (A) 다양한 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리 시편을 준비하는 과정; (B) 상기 준비된 시편에 대해 제 1 항에 따른 과정 (a) 내지 과정 (c)를 수행하는 과정; (C) 10s-1 이하의 전단 속도에서, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이거나, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 과정; 및 (D) 상기 선별된 슬러리 시편의 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리를 제조하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 과정 (C)는, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이고, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 것일 수 있다.
본 발명은 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 이슈를 평가하기 위해, 저장 탄선율의 변화율을 측정함으로써, 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하고, 거분이 발생하지 않는 전극 슬러리의 고형분 함량 및 조성을 파악하여 이를 전극 슬러리 제조 과정에 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 막힘 평가방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조용 슬러리의 제조방법의 흐름을 타나낸 순서도이다.
도 3은 제조예 1의 음극 슬러리의 전단 속도에 따른 G'/G'0를 타나낸 그래프이다.
도 4는 제조예 2의 음극 슬러리의 전단 속도에 따른 G'/G'0를 타나낸 그래프이다.
도 5는 제조예 1의 음극 슬러리의 전단 속도에 따른 G'/G'0의 편차를 타나낸 그래프이다.
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 발명은 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 이슈가 발생하는 원인이나 이를 판별하기 위한 평가방법을 제공한다.
전극 제조용 슬러리를 코팅할 때 일반적으로 100메쉬(mesh)(메쉬 크기 150mm) 필터를 이용하여 코팅 전에 큰 입자들을 걸러 준다. 하지만, 슬러리 내 입자들이 필터의 메쉬 크기 보다 큰 거분인 경우 필터를 막을 수 있고, 이러한 거분들이 지속적으로 필터를 막으면 필터 막힘 이슈가 발생할 수 있다.
전극 슬러리는 필터를 통과할 때, 전단(shear)에 의해 입자들이 텀블링 운동을 하게 되는데, 예를 들어 음극 슬러리의 팽창 방지를 위해 사용하는 인조 흑연의 경우, 판상형 입자를 가지고 있기 때문에 구형 입자보다 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 종횡비가 클수록 전단에 의해 텀블링될 때 차지하는 부피가 커지고, 부피가 커지면 다른 입자들과 충돌할 확률이 높아 응집이 일어날 가능성이 크다. 그리고 이러한 입자의 응집 현상은 거분을 발생시키고, 필터 막힘 이슈를 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 필터 막힘 평가방법의 흐름을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 필터 막힘 평가방법은, (a) 전극 제조용 슬러리에 대해 초기 저장 탄성률 G'0를 측정하는 과정; (b) 전극 제조용 슬러리에 전단 속도를 변경하면서, 저장 탄성률 G'을 측정하고, 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 및 그 편차를 산출하는 과정; (c) 상기 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 또는 편차와 기준값을 비교하여 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하는 과정을 포함한다.
본 발명은 전단 속도를 변경하면서, 전단 속도에 따른 저장 탄성률의 변화율 또는 그 편차와 기준값을 비교하고, 기준값을 만족하지 않는 전단 속도는 거분이 발생하는 것으로 예측한다. 이를 한계 전단 속도로 정의할 수 있을 것이다.
이렇게 거분이 발생할 것으로 예측되는 한계 전단 속도는 필터 막힘을 야기할 수 있으므로, 필터 통과시 전극 제조용 슬러리가 상기 한계 전단 속도 이상이 되지 않도록 관리되어야 한다.
본 발명의 발명자들은, 전단 속도에 따른 저장 탄성율의 변화율과 그 편차를 통해 거분 발생을 예측할 수 있음을 발견하였다. 이에 본 발명은 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)이 1.5 이상이거나, 그 편차가 10% 이상인 기준값을 제시한 데에 그 의의가 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)이 1.5 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)의 편차가 10% 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 것일 수 있다.
또한, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)이 1.5 이상이면서, 동시에 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)의 편차가 10% 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 전단 속도로 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 저장 탄성률 G'는 레오미터(Rheometer)를 이용하여 실측할 수 있다. 상기 레오미터는 저장 탄성률 G'를 측정할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 회전형 레오미터를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 제조용 슬러리가 판상형 흑연을 포함한다.
또한, 본 발명은 거분이 발생하지 않는 전극 제조용 슬러리의 고형분 함량 및 조성을 사전에 파악할 수 있는 전극 제조용 슬러리의 제조방법을 제공한다. 이하, 본 발명의 전극 제조용 슬러리의 제조방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬러리의 제조방법의 상세 과정의 흐름을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 전극 제조용 슬러리의 제조방법은, (A) 다양한 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리 시편을 준비하는 과정; (B) 상기 준비된 시편에 대해 제 1 항에 따른 과정 (a) 내지 과정 (c)를 수행하는 과정; (C) 10s-1 이하의 전단 속도에서, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이거나, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 과정; 및 (D) 상기 선별된 슬러리 시편의 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리를 제조하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 과정 (C)는, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이고, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 것일 수 있다.
이에 따라 도출된 본 발명의 전극 제조용 슬러리에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 전극 제조용 슬러리는, 리튬 이차전지용 음극 활물질 슬러리일 수 있으며, 인조흑연, 도전재, 바인더를 포함할 수 있다.
상기 인조흑연은 구형화도가 낮은 판상형 인조흑연일 수 있고, 블록 흑연화 인조 흑연, 분체 흑연화 인조 흑연 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 블록 흑연화 인조흑연은 흑연으로 이루어진 복수의 1차 입자(initial particle)가 집합 또는 결합하여 구형의 2차 입자(secondary paricles)구조를 가지게 된 것을 의미한다. 이때, 상기 2차 입자구조는 상기 복수의 1차 입자가 서로 비평행적으로 집합, 결합 또는 조립화된 것일 수 있다.
상기 블록 흑연화 인조흑연의 1차 입자는 니들 코크스(needle cokes), 모자이크 코크스(mosaic cokes) 및 콜타르 피치(coaltar pitch)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄소 원료를 소성하여 결정화시킨 인조 흑연일 수 있고, 구체적으로 비침상의 석유계/석탄계 피치 코크스, 수지계 피치를 원료로 해서 합성된 등방성 또는 이방성의 결정 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 블록 흑연화 인조흑연은 리튬 이차전지의 음극 활물질에 적용시, 활성화시의 비가역 용량이 적고, 급속 방전 특성이 우수하며, 사이클 특성이 우수하다. 상기 블록 흑연은 상기 2차 입자구조 내에 공극을 가지는 것일 수 있다.
상기 분체(분말, powder) 흑연화 인조흑연은 흑연으로 이루어진 복수의 1차 입자가 집합, 결합 또는 조립화되어 있는 것으로, 괴상(塊狀)을 이루는 것일 수 있다. 상기 분체 흑연화 인조흑연의 1차 입자는 니들 코크스(needle cokes), 모자이크 코크스(mosaic cokes) 및 콜타르 피치(coaltar pitch)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탄소 원료를 소성하여 결정화시킨 인조 흑연일 수 있고, 구체적으로 비침상의 석유계/석탄계 피치 코크스, 수지계 피치를 원료로 해서 합성된 등방성 또는 이방성의 결정 구조를 갖는 것일 수 있으며, 높은 결정성을 갖는 것일 수 있다. 상기 분체 흑연화 인조흑연은 내부에 미세 공극을 가지는 것일 수 있고, 상기 미세 공극에 의하여 우수한 압연성, 전해액 함침성을 가질 수 있다.
상기 인조 흑연은 평균입경(D10)이 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 구체적으로 5 ㎛ 내지 15 ㎛, 더욱 구체적으로 8 ㎛ 내지 12 ㎛일 수 있고, 평균입경(D50)이 10 ㎛ 내지 30 ㎛, 구체적으로 15 ㎛ 내지 25 ㎛, 더욱 구체적으로 18 ㎛ 내지 22 ㎛일 수 있으며, 평균입경(D90)이 20 ㎛ 내지 45 ㎛, 구체적으로 25 ㎛ 내지 40 ㎛, 더욱 구체적으로 30 ㎛ 내지 36 ㎛일 수 있으며, 최대 입경(Dmax)이 75㎛ 이하일 수 있다.
상기 인조 흑연이 상기 범위의 평균입경(D10), 평균입경(D50) 및 평균입경(D90)을 만족할 경우, 우수한 출력과 초기 효율을 적절히 조화시킬 수 있고, 우수한 탭 밀도를 나타내며, 전극 코팅시 우수한 로딩량을 나타낼 수 있다.
상기 인조 흑연이 입경이 지나치게 작으면 비표면적 증가에 따른 초기 효율 감소 문제가 발생할 수 있고, 상기 인조 흑연이 입경이 지나치게 크면 초기 효율은 증가하지만 출력 특성 및 분산 안정성이 저해될 수 있다. 따라서, 상기 인조 흑연은 상기 범위의 평균입경(D10), 평균입경(D50) 및 평균입경(D90)을 만족하여 출력 특성과 초기 효율을 적절히 조화시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 평균입경(D10)은 입경 분포의 10% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있고, 평균입경(D50)은 입경 분포의 50% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있으며, 평균입경(D90)은 입경 분포의 90% 기준에서의 입경으로 정의할 수 있으며, 최대 입경(Dmax)은 입경 분포의 최대값 기준에서의 입경으로 정의할 수 있다. 상기 평균입경은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 레이저 회절법(laser diffraction method) 또는 주사전자현미경(SEM) 사진을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 레이저 회절법은 일반적으로 서브미크론(submicron) 영역에서부터 수 mm 정도의 입경의 측정이 가능하며, 고 재현성 및 고 분해성을 가지는 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용되는 용어 "1차 입자"는 어떤 입자로부터 다른 종류의 입자가 형성될 때 원래의 입자를 의미하며, 복수의 1차 입자가 집합, 결합 또는 조립화하여 2차 입자를 형성할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어 "2차 입자"는 개개의 1차 입자가 집합, 결합 또는 조립화하여 형성된, 물리적으로 분별할 수 있는 큰 입자를 의미한다.
상기 음극 활물질 슬러리는 상기 인조 흑연을 음극 활물질 슬러리의 고형분 총 중량을 기준으로 77.5 중량% 내지 99 중량%, 구체적으로 80 중량% 내지 98.5 중량% 포함할 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 도전재의 예로서는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 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 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다. 상기 도전재는 상기 음극 활물질 슬러리의 고형분 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 9 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질 슬러리는 추가적으로 증점제를 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질 슬러리는 상기 증점제를 상기 음극 활물질 슬러리의 고형분의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 3 중량% 포함할 수 있고, 구체적으로 0.2 중량% 내지 2 중량%, 더욱 구체적으로 0.5 중량% 내지 1.5 중량% 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질 슬러리가 상기 증점제를 상기 범위로 포함할 경우, 적절한 증점 효과를 발휘하여 슬러리의 저장 안정성을 확보할 수 있고, 상기 증점제가 상기 음극 활물질 슬러리에 일정 함량 이내로 포함되어 전지의 성능을 저하시키지 않는다.
상기 바인더는 음극 활물질용 슬러리 제조 시 사용되는 통상적인 바인더라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 수계바인더인 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 상기 음극 활물질 슬러리 음극 활물질 슬러리의 고형분 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하로 포함될 수 있으며, 구체적으로 0.1 중량% 내지 10 중량%, 더욱 구체적으로 0.5 중량% 내지 4 중량% 포함될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 0.1 중량% 미만이면 바인더의 사용에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 10 중량%를 초과하면 바인더의 함량 증가에 따른 활물질의 상대적인 함량 감소로 인해 체적당 용량이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 증점제는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필셀룰로오스, 및 재생 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)일 수 있다.
상기 용매는 N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 포름아미드(DMF), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물일 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매는 물일 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 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
고형분 중량비가 49wt%, 그 중 인조흑연이 97.4wt%인 음극 슬러리 시편을 준비하였다.
제조예 2
고형분 중량비가 53wt%, 그 중 인조흑연이 94.8wt%인 음극 슬러리 시편을 준비하였다.
실시예 1
상기 제조예 1의 음극 슬러리에 대해 초기 저장 탄성율을 측정해 이를 G'0로 저장하였다. 상기 음극 슬러리에 대해 전단 속도를 100s-1 내지 103으로 변경하면서, 회전형 레오미터를 이용해 G'를 측정하고, G'/G'0를 계산해 그 결과를 도 3에 도시하였다.
상기 제조예 2의 음극 슬러리에 대해서도 상기와 같이 동일하게 G'/G'0를 계산해 그 결과를 도 4에 도시하였다.
실시예 2
상기 제조예 1의 음극 슬러리 시편 5개를 준비하고 이들에 대해 초기 저장 탄성율을 측정해 이를 G'0로 저장하였다. 상기 음극 슬러리에 대해 전단 속도를 100s-1 내지 103으로 변경하면서, 회전형 레오미터를 이용해 G'를 측정하고, G'/G'0를 계산하고, 편차를 계산하여 그 결과를 도 5에 도시하였다.
실험예: 거분이 발생하는 전단 속도 및 조성 확인
상기 제조예 1의 음극 슬러리의 경우, 전단 속도가 100s-1인 경우에 거분이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
도 3을 참조하면, 음극 슬러리에 가해지는 전단 속도 100s-1에서의 G'/G'0 는 1.5 이상의 값을 가지고, 도 5를 참조하면, G'/G'0의 편차가 50 s-1에서 대비 100s-1에서 10% 이상인 것을 확인할 수 있다.
상기 제조예 2의 음극 슬러리의 경우, 전단 속도가 10 s-1에서 거분이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
도 4를 참조하면, 전단 속도가 10 s-1인 지점에서 G'/G'0는 1.5를 초과하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 평가 방법은 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하는데 유용한 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
그리고, 제조예 1의 슬러리는, 10s-1 이하의 전단 속도에서, G'/G'0가 1.5 미만이어서, 거분이 발생하지 않았으나, 제조예 2의 슬러리는 10s-1의 전단 속도에서, G'/G'0가 1.5를 초과하는 바, 본 발명에 따른 전극 제조용 슬러리의 제조방법은, 거분이 발생하지 않는 최적의 고형분 함량 및 조성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. (a) 전극 제조용 슬러리에 대해 초기 저장 탄성률 G'0를 측정하는 과정;
    (b) 전극 제조용 슬러리에 전단 속도를 변경하면서, 저장 탄성률 G'을 측정하고, 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 및 그 편차를 산출하는 과정;
    (c) 상기 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0) 또는 그 편차와 기준값을 비교하여 거분이 발생하는 전단 속도를 예측하는 과정을 포함하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)이 1.5 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 과정 (c)는 저장 탄성율의 변화율(G'/G'0)의 편차가 10% 이상인 전단 속도를 거분이 발생하는 것으로 예측하는 것을 특징으로 하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 탄성율 G'는 회전형 레오미터(Rheometer)를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  5. 제 1 항에 있어서 상기 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 제조용 슬러리가 판상형 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조용 슬러리의 필터 막힘 평가 방법.
  7. (A) 다양한 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리 시편을 준비하는 과정;
    (B) 상기 준비된 시편에 대해 제 1 항에 따른 과정 (a) 내지 과정 (c)를 수행하는 과정;
    (C) 10s-1 이하의 전단 속도에서, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이거나, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 과정; 및
    (D) 상기 선별된 슬러리 시편의 고형분 함량 및 조성을 가지는 전극 제조용 슬러리를 제조하는 과정을 포함하는 전극 제조용 슬러리의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 과정 (C)는, 상기 과정 (c)에 따라 산출된 저장 탄성률의 변화율(G'/G'0)이 1.5 미만이고, 그 편차가 10% 미만인 전극 제조용 슬러리 시편을 선별하는 것인 전극 제조용 슬러리의 제조방법.

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