KR20220058196A - Method for estimating adhesion strength of electrode - Google Patents

Method for estimating adhesion strength of electrode Download PDF

Info

Publication number
KR20220058196A
KR20220058196A KR1020200143697A KR20200143697A KR20220058196A KR 20220058196 A KR20220058196 A KR 20220058196A KR 1020200143697 A KR1020200143697 A KR 1020200143697A KR 20200143697 A KR20200143697 A KR 20200143697A KR 20220058196 A KR20220058196 A KR 20220058196A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
drying
adhesion
solvent
rate
Prior art date
Application number
KR1020200143697A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김지은
김경호
박원찬
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 KR1020200143697A priority Critical patent/KR20220058196A/en
Publication of KR20220058196A publication Critical patent/KR20220058196A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/04Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for predicting adhesion of an electrode for an electrode substrate comprising: a step of collecting measured value data by measuring a binder ratio in slurry when drying coated electrode slurry, a volume fraction of a solvent in the slurry, an electrode drying speed of a dried initial section, and the adhesion of the electrode; a step of deriving correlation among the adhesion of the electrode, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying speed of the dried initial section through linear regression analysis from the measured value data; and a step of predicting the adhesion of the electrode depending on the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying speed of the dried initial section. The present invention can predict the adhesion of a real electrode.

Description

전극의 접착력 예측 방법 {METHOD FOR ESTIMATING ADHESION STRENGTH OF ELECTRODE}Electrode adhesion prediction method {METHOD FOR ESTIMATING ADHESION STRENGTH OF ELECTRODE}

본 발명은 전극의 접착력 예측 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전극 건조 시의 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도와 전극 접착력의 상관 관계를 이용하여 전극의 접착력을 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting adhesion of an electrode, and more particularly, a method for predicting adhesion of an electrode using the correlation between the binder ratio during electrode drying, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate and the electrode adhesion force in the initial drying section is about

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.Recently, rechargeable batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is attracting attention as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which have been proposed as a way to solve air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Accordingly, the types of applications using secondary batteries are diversifying due to the advantages of secondary batteries, and it is expected that secondary batteries will be applied to more fields and products in the future than now.

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.These secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte. is increasing In general, secondary batteries, depending on the shape of the battery case, a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is built in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is built in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet The electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed therebetween, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.

상기 양극 및 음극은 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포하여 양극 활물질층 및 음극 활물질층을 형성한 후, 이를 건조 및 압연하여 형성된다.The positive electrode and the negative electrode are formed by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material and a negative electrode slurry containing a negative electrode active material to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively to form a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, followed by drying and rolling them do.

도 1은 전극 기재를 건조시키는 가열 건조장치의 단순 개략도이다. 1 is a simplified schematic diagram of a heat drying apparatus for drying an electrode substrate.

도 1에 도시된 바와 같이, 집전체 시트(2a)가 권출롤러(1a)에서 풀리고 권취롤러(1b)에 감기는 동안에, 상기 집전체 시트(2a)의 표면에 코터(7)를 통해 전극 슬러리가 코팅된 전극 기재(2)가 롤러(6)에 의하여 전극 오븐(4)을 통과하여 가열 건조된 후 권취롤러(1b)에 감기게 된다. 상기 전극 오븐(4)은 하나 이상의 건조실들(4a, 4b, 4c)을 가지며, 각 건조실들은 가열기(5)에서 생성되는 열에 의해 온도가 제어되도록 구성된다. As shown in FIG. 1, while the current collector sheet 2a is unwound from the unwinding roller 1a and wound on the winding roller 1b, the electrode slurry is applied to the surface of the current collector sheet 2a through a coater 7 The coated electrode substrate 2 is passed through the electrode oven 4 by the roller 6 and dried by heating, and then wound around the winding roller 1b. The electrode oven (4) has one or more drying chambers (4a, 4b, 4c), each of which is configured such that the temperature is controlled by heat generated by the heater (5).

한편, 전극 부분과 집전체 (전극 기재부)의 접합은 전극 품질에 있어서, 중요한 요소이며 이 접합이 저하되면 전지 사용 중 전극과 기재부 탈락으로 인한 품질 저하가 야기된다. 이러한 전극 기재에 대한 전극의 접합력 내지 접착력은 전극 건조 시의 바인더 마이그레이션(migration) 현상에 크게 영향을 받는다. 전극은 활물질과 직경이 훨씬 작은 도전재, 바인더 등으로 이루어져 있는데, 전극 건조 시스템의 경우 내부 물질의 크기에 따라 건조 과정에서 겪는 현상이 다르다. 일반적인 박막 필름 입자 코팅에서는 용매 증발, 확산, 침강 현상이 동시에 일어난다. 증발은 용매 플럭스(flux)에 의해 입자가 이동하는 현상이고, 확산은 필름 내부 입자 농도 구배와 브라운 운동에 의해 일어나는 현상이며, 마지막으로 입자의 무게 등에 의해 건조와 동시에 침강하는 현상이 발생한다. 전극과 같은 다공성 매체 건조 시스템에는 증발, 확산 등이 일어나게 되고, 용매 증발과 동시에 바인더가 전극 상층부로 이동하는 바인더 마이그레이션 현상이 일어나게 되어 접착력 저하의 원인 중 하나가 된다.On the other hand, the bonding between the electrode part and the current collector (electrode base part) is an important factor in the quality of the electrode, and if this bonding is deteriorated, the quality deteriorates due to the separation of the electrode and the base part during battery use. The adhesion or adhesion of the electrode to the electrode substrate is greatly affected by the binder migration phenomenon during electrode drying. The electrode consists of an active material, a conductive material with a much smaller diameter, and a binder. In the case of an electrode drying system, the phenomenon experienced during the drying process is different depending on the size of the internal material. In general thin film particle coating, solvent evaporation, diffusion, and sedimentation occur simultaneously. Evaporation is a phenomenon in which particles are moved by a solvent flux, diffusion is a phenomenon that occurs due to a particle concentration gradient and Brownian motion inside the film, and finally, a phenomenon of settling simultaneously with drying due to the weight of particles, etc. occurs. Evaporation, diffusion, etc. occur in a drying system of a porous medium such as an electrode, and a binder migration phenomenon occurs in which the binder moves to the upper layer of the electrode at the same time as the solvent evaporates, which is one of the causes of lowering of adhesion.

그러나, 종래에는 바인더에 의한 전극 활물질의 피복률과 접착력을 비교 분석하여 전극 성능을 예측하는 방법 정도만 알려졌을 뿐(하기 특허문헌 1 참조), 전극 건조 시의 복잡한 메커니즘을 고려하여 바인더의 양이나, 증발 플럭스 등이 전극의 접착력에 구체적으로 어떻게 영향을 미치는지에 관한 접근이 거의 없었다.However, conventionally, only a method of predicting electrode performance by comparing and analyzing the coverage and adhesive force of the electrode active material by the binder is known (see Patent Document 1 below). Considering the complicated mechanism during electrode drying, the amount of binder, There has been little access to specifically how evaporative flux and the like affect the adhesion of electrodes.

상기와 같이 전극 건조 과정이 어떻게 이루어지느냐에 따라 전극 건조 후의 전극의 접착력은 크게 달라진다. As described above, the adhesion of the electrode after drying the electrode varies greatly depending on how the electrode drying process is performed.

따라서, 전극 건조 메커니즘을 참조하여, 바인더나 증발 플럭스의 영향 등 전극 건조 시의 변수들을 고려하여 전극의 접착력을 예측할 수 있는 기술의 개발이 요망된다. Therefore, with reference to the electrode drying mechanism, it is desired to develop a technology capable of predicting the adhesion of the electrode in consideration of variables during electrode drying, such as the influence of a binder or an evaporation flux.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0027693호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0027693

본 발명은 상기와 같은 과제 해결을 위해 안출된 것으로, 전극 건조 시의 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도와 전극의 접착력과의 상관 관계를 파악하여, 실제 전극의 접착력을 예측할 수 있는 전극의 접착력 예측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and it is possible to predict the actual electrode adhesion by understanding the correlation between the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying speed and the adhesion of the electrode during drying of the electrode. An object of the present invention is to provide a method for predicting adhesion of

본 발명에 따른 전극의 접착력 예측 방법은, 집전체 상에 코팅된 전극 슬러리를 건조할 때의 슬러리 내 바인더 비율, 슬러리 내 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극 건조속도 및 전극의 접착력을 측정하여 측정값 데이터를 수집하는 단계; 상기 측정값 데이터로부터 선형 회귀 분석을 통하여 상기 전극의 접착력과 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도의 상관 관계를 도출하는 단계; 및 상기 상관 관계로부터 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 따른 전극의 접착력을 예측하는 단계를 포함한다.The electrode adhesion prediction method according to the present invention measures the binder ratio in the slurry when drying the electrode slurry coated on the current collector, the volume fraction of the solvent in the slurry, the electrode drying rate in the initial drying section, and the adhesion of the electrode. collecting measurement data; deriving a correlation between the adhesive force of the electrode, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section through linear regression analysis from the measured value data; and predicting the adhesion of the electrode according to the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section from the correlation.

하나의 예로서, 상기 상관 관계 도출 전에 상기 건조 공정 내 바인더의 이동에 관한 변수로서 무차원수인 페클레수(Pe)와 상기 전극의 접착력의 관계에 기초하여 상기 전극의 접착력과, 상기 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도의 관계를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.As an example, before deriving the correlation, the adhesion of the electrode and the volume of the solvent based on the relationship between the Pecle number (Pe), which is a dimensionless number, and the adhesion force of the electrode as a variable related to the movement of the binder in the drying process The method may further include deriving a relationship between the fraction and the electrode drying rate.

상기 페클레수(Pe)와 상기 전극의 접착력은 이하의 식 1 및 식 2의 관계를 가진다.The Pecle number (Pe) and the adhesive force of the electrode have the relationship of Equations 1 and 2 below.

Figure pat00001
[식 1]
Figure pat00001
[Equation 1]

Figure pat00002
[식 2]
Figure pat00002
[Equation 2]

(여기서 L= 특성길이로서 전극의 두께,(Where L = the characteristic length, the thickness of the electrode,

Do = 확산 계수Do = diffusion coefficient

Figure pat00003
= 용매의 부피 분율
Figure pat00003
= volume fraction of solvent

Vo = 건조 초기 구간의 전극 건조속도)Vo = electrode drying speed in the initial period of drying)

구체적인 예로서, 상기 식 1 및 식 2의 관계와, 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 관한 측정 데이터의 선형 회귀 분석을 통하여, 하기 식 3을 도출하고, 하기 식 3에 의하여 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도에 따른 전극의 접착력을 계산하여 전극의 접착력을 예측할 수 있다.As a specific example, the following Equation 3 is derived through linear regression analysis of the relationship between Equations 1 and 2, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the measurement data related to the electrode drying rate in the initial drying section, the following Equation 3 is derived, 3, the adhesion of the electrode can be predicted by calculating the adhesion of the electrode according to the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate.

Figure pat00004
[식 3]
Figure pat00004
[Equation 3]

(여기서 TS = 전극 활물질층과 집전체 사이의 예측 접착력,(where TS = predicted adhesion between the electrode active material layer and the current collector,

BR = 전극 슬러리 내 바인더 비율,BR = proportion of binder in the electrode slurry,

Figure pat00005
= 용매의 부피 분율,
Figure pat00005
= volume fraction of solvent,

Figure pat00006
= 전극 건초 초기 구간 건조속도,
Figure pat00006
= Drying speed in the initial section of the electrode hay,

a 및 b는 상수로서 매개 변수)a and b are parameters as constants)

하나의 예로서, 상기 a 및 b는 최소자승법에 의해 계산될 수 있다.As an example, a and b may be calculated by a least squares method.

또한, 상기 전극의 접착력의 측정은, 90°필 테스트를 행하여 수행될 수 있다.In addition, the measurement of the adhesive force of the electrode may be performed by performing a 90° peel test.

상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 항률 건조 구간에서의 건조속도이다.The drying rate of the electrode in the initial drying section is the drying rate in the constant rate drying section.

또한, 바람직하게는 상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 20~40% 건조가 진행되었을 때의 건조속도이다.In addition, preferably, the drying rate of the electrode in the initial drying section is the drying rate when 20 to 40% drying is in progress.

상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 초당 건조되는 전극의 부피일 수 있으며, 또는 건조에 의한 전극 두께 감소 속도(mm/sec)일 수 있다.The electrode drying rate in the initial drying section may be the volume of the electrode dried per second, or it may be the electrode thickness reduction rate by drying (mm/sec).

또한, 하나의 예로서, 상기 전극 건조시 투입되는 열풍 온도 및 풍량 중 적어도 하나를 조절하여 상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도를 변경하여 측정값 데이터를 수집할 수 있다.In addition, as an example, measured value data may be collected by changing at least one of a hot air temperature and an air volume input during drying of the electrode to change the electrode drying speed in the initial drying section.

본 발명에 따르면, 전극 건조 시의 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도와 전극의 접착력과의 상관 관계를 파악하여, 실제 전극의 접착력을 예측할 수 있다.According to the present invention, it is possible to predict the actual adhesion of the electrode by grasping the correlation between the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate and the adhesion of the electrode during drying of the electrode.

또한, 이 예측된 접착력 값을 기초로 정해진 전극 슬러리 특성에서 원하는 실제 접착력을 얻기 위한 전극 제조공정의 운전 범위를 결정할 수 있다.In addition, it is possible to determine the operating range of the electrode manufacturing process to obtain the desired actual adhesion in the determined electrode slurry properties based on the predicted adhesion value.

도 1은 전극 기재를 건조시키는 가열 건조장치의 단순 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 접착력을 예측하는 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 접착력을 예측하는 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 측정된 측정값 데이터에 따른 실제 접착력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 선형 회귀 분석으로 도출된 식으로 계산된 접착력과 실제 측정된 접착력의 관계를 나타낸 그래프이다.
1 is a simplified schematic diagram of a heat drying apparatus for drying an electrode substrate.
2 is a flowchart illustrating a sequence of a method for predicting adhesion of an electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a sequence of a method for predicting adhesion of an electrode according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the actual adhesive force according to the measured value data measured in the embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the relationship between the adhesion force calculated by the equation derived from the linear regression analysis of the embodiment of the present invention and the actually measured adhesion force.

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.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in

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.In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, it includes not only the case where the other part is “directly on” but also the case where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “under” another part, it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between. In addition, in the present application, “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 전극의 접착력 예측 방법은, 집전체 상에 코팅된 전극 슬러리를 건조할 때의 슬러리 내 바인더 비율, 슬러리 내 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극 건조속도 및 전극의 접착력을 측정하여 측정값 데이터를 수집하는 단계; 상기 측정값 데이터로부터 선형 회귀 분석을 통하여 상기 전극의 접착력과 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도의 상관 관계를 도출하는 단계; 및 상기 상관 관계로부터 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 따른 전극의 접착력을 예측하는 단계를 포함한다.The electrode adhesion prediction method according to the present invention measures the binder ratio in the slurry when drying the electrode slurry coated on the current collector, the volume fraction of the solvent in the slurry, the electrode drying rate in the initial drying section, and the adhesion of the electrode. collecting measurement data; deriving a correlation between the adhesive force of the electrode, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section through linear regression analysis from the measured value data; and predicting the adhesion of the electrode according to the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section from the correlation.

본 발명은 전극 접착력을 개선하거나 예측하기 위하여 전극의 접착력에 영향을 미치는 바인더의 함량을 증가시키거나 전극 슬러리 내의 바인더 비율을 측정한다는 일차원적 접근을 벗어나, 전극 슬러리 건조시의 전극 건조속도 및 용매의 부피 분율까지 고려하여 전극의 접착력을 예측하고자 한 것이다. 전극 건조 시에 상기 바인더 비율, 전극 건조속도 및 용매의 부피 분율의 3가지 변수를 모두 고려하는 것은 전극 슬러리의 건조 시스템이 다공성 매체(porous media) 건조 시스템이기 때문이다. 상술한 바와 같이, 이러한 건조 시스템에서는 바인더 함량 외에 용매의 증발 플럭스에 의한 영향, 즉, 전극 건조속도와 용매의 부피 분율도 함께 평가되어야 한다.The present invention deviates from the one-dimensional approach of increasing the binder content that affects the adhesion of the electrode or measuring the binder ratio in the electrode slurry in order to improve or predict the electrode adhesion, the electrode drying rate and the solvent when drying the electrode slurry. This is to predict the adhesion of the electrode by considering the volume fraction. The reason that all three variables of the binder ratio, the electrode drying rate, and the volume fraction of the solvent are considered when drying the electrode is that the drying system of the electrode slurry is a porous media drying system. As described above, in such a drying system, in addition to the binder content, the effect of the evaporation flux of the solvent, that is, the electrode drying rate and the volume fraction of the solvent should be evaluated together.

따라서, 본 발명은 다공성 매체 건조 시스템으로서의 전극 건조 시스템의 메커니즘을 고려하여 상기한 3가지 변수에 의한 영향을 종합적으로 고려하여 전극 접착력을 예측하고자 한 것이다. Therefore, the present invention is to predict the electrode adhesion by comprehensively considering the effects of the above three variables in consideration of the mechanism of the electrode drying system as a porous medium drying system.

이하 본 발명에 따른 전극 접착력 예측 방법의 각 단계에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, each step of the electrode adhesion prediction method according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 접착력을 예측하는 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a sequence of a method for predicting adhesion of an electrode according to an embodiment of the present invention.

<측정값 데이터의 수집><Collection of measured value data>

먼저, 후술하는 전극 접착력과 상기 3가지 변수와의 상관 관계를 파악하기 위해, 전극 슬러리를 건조할 때의 슬러리 내 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극 건조속도를 측정하여 그 측정값 데이터를 수집한다. 또한, 건조 후 전극의 실제 접착력을 측정한다. First, in order to understand the correlation between the electrode adhesion force and the three variables described later, the binder ratio in the slurry when drying the electrode slurry, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section were measured and the measured values Collect data. Also, measure the actual adhesion of the electrode after drying.

이를 위해, 다수 개의 전극을 제조하여 이로부터 전극의 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 관한 데이터를 수집할 수 있다. 구체적으로, 상기 데이터는 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극건조속도 중 어느 하나 이상을 달리하여 다수 개의 전극을 제조하고, 상기 전극들의 실제 접착력을 측정하여 얻어질 수 있다. 즉 n개의 전극을 제조할 경우 데이터에는 n개의 측정값 세트가 저장된다.To this end, a plurality of electrodes may be prepared and data on the binder ratio of the electrode, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying period may be collected. Specifically, the data may be obtained by manufacturing a plurality of electrodes by varying any one or more of the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying speed in the initial drying section, and measuring the actual adhesion of the electrodes. That is, when n electrodes are manufactured, n sets of measured values are stored in the data.

상기 전극은, 집전체 상에 전극 활물질 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극 활물질층을 형성하여 제조될 수 있다.The electrode may be manufactured by applying an electrode slurry including an electrode active material and a solvent on a current collector to form an electrode active material layer.

상기 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.The current collector may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector, and the electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material. In addition, the electrode slurry may further include a conductive material and a binder in addition to the electrode active material.

본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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.In the present invention, the positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated on the surface of the can be used. The current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, and non-woven body are possible.

음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In the case of a sheet for a negative electrode current collector, it is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, a surface-treated material such as silver, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, the bonding strength of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, and the like.

본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the positive active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, as a lithium transition metal oxide, containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals. ), layered compounds such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ); lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Formula LiNi 1-y M y O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga, including at least one of the above elements, 0.01≤y≤0.7) Lithium nickel-based oxide represented by; Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , etc. Li 1+z Ni b Mn c Co 1-(b+c+d ) M d O (2-e) A e (where -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d <1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si or Y, and A = F, P or Cl) a lithium nickel cobalt manganese composite oxide; Formula Li 1+x M 1-y M' y PO 4-z X z where M = transition metal, preferably Fe, Mn, Co or Ni, M' = Al, Mg or Ti, X = F, S, or N, and -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 olivine-based lithium metal phosphate represented by), but is not limited thereto.

음극 활물질은, 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; 주석계 합금; 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.The negative electrode active material includes, for example, 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 Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; A Li-Co-Ni-based material or the like can be used.

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.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material. Such a 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 or 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.

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. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, poly propylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.

한편, 이와 같은 전극 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 전극 활물질 등을 분산시킬 수 있는 것이면 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 수계 용매 또는 비수계 용매를 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 용매로는 상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.Meanwhile, such an electrode slurry may be prepared by dissolving an electrode active material, a conductive material, a binder, and the like in a solvent. The solvent is not particularly limited in its kind as long as it can disperse the electrode active material and the like, and either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent may be used. For example, as the solvent, the solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP) ), acetone, or water, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is not particularly limited, as long as it can be adjusted so that the slurry has an appropriate viscosity in consideration of the application thickness of the slurry, production yield, workability, and the like.

이 때 전극 내 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극건조속도 중 어느 하나 이상을 달리하여 전극을 제조할 수 있다. At this time, the electrode may be manufactured by varying any one or more of the binder ratio in the electrode, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section.

전극 내 바인더 비율은, 제조되는 전극의 종류에 따라 동일 혹은 상이할 수 있다. The binder ratio in the electrode may be the same or different depending on the type of electrode to be manufactured.

슬러리 내 용매의 부피 분율은 하기 식 4와 같이 정의할 수 있다. The volume fraction of the solvent in the slurry can be defined as in Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

Figure pat00007
Figure pat00007

용질은 슬러리 내의 고형분, 즉 활물질, 바인더, 증점제 및 도전재 등 고형분을 말한다. 용매의 부피 분율은 용매 증발 플럭스에 영향을 미치는 인자이다.The solute refers to the solid content in the slurry, that is, the solid content such as an active material, a binder, a thickener, and a conductive material. The volume fraction of the solvent is a factor influencing the solvent evaporation flux.

전극의 건조속도는 슬러리 건조 초기 구간의 건조속도를 측정한다.The drying rate of the electrode measures the drying rate in the initial section of drying the slurry.

전극 건조는 건조 초기에 용매 함량이 어느 정도 감소할 때까지 건조속도가 거의 일정한 항률 건조 구간, 항률 건조 구간 이후 표면 수분이 증발되고 내부확산이 일어나면서 시간 경과함에 따라 건조속도가 떨어지는 감률 건조 구간을 거친다. 용매의 증발 및 그 증발 플럭스의 이동은 항률 건조 구간에서 주로 일어나고 이에 따라 상술한 바인더 마이그레이션 현상도 항률 건조 구간에서 대부분 발생한다. 상기 감률 건조 구간에서는 바인더 이동이나 용매 증발에 의한 유의미한 거동의 변화가 포착되지 않으므로, 건조속도는 슬러리 건조 초기 구간의 건조속도를 측정한다. 그 중에서도 상기 항률 건조 구간에서의 건조속도를 측정하여 접착력 예측을 위해 제공한다. 전극 종류나 조성에 따라 항률 건조 구간이 조금씩 상이하므로, 어느 정도 건조되었을 때의 건조속도를 측정하는 것이 문제가 될 수 있으나, 대략 20-~40% 건조가 진행되었을 때의 건조 초기의 건조속도로 본다. 바람직하게는 30% 건조 시의 건조속도를 측정한다면, 상술한 용매 증발이나 바인더 마이그레이션과 가장 밀접하게 연관이 있는 건조속도를 얻을 수 있다고 추정된다.Electrode drying consists of a constant-rate drying section in which the drying rate is almost constant until the solvent content is reduced to some extent at the beginning of drying, and a decreasing-rate drying section in which the drying rate decreases over time as surface moisture evaporates and internal diffusion occurs after the constant-rate drying section. rough Evaporation of the solvent and movement of the evaporative flux mainly occur in the constant-rate drying section. Accordingly, the binder migration phenomenon described above also mostly occurs in the constant-rate drying section. Since a significant change in behavior due to binder movement or solvent evaporation is not captured in the drying section at the reduced rate, the drying rate measures the drying rate in the initial section of drying the slurry. Among them, by measuring the drying speed in the constant constant drying section, it is provided for predicting the adhesive force. Since the constant rate drying section is slightly different depending on the electrode type or composition, measuring the drying rate when it is dried to a certain extent may be a problem, but the drying rate at the initial stage of drying when about 20-40% drying has progressed see. Preferably, if the drying rate at 30% drying is measured, it is estimated that the drying rate most closely related to the solvent evaporation or binder migration described above can be obtained.

전극의 건조속도는 초당 건조되는 전극의 부피(㎥/sec)를 측정하거나, 혹은 건조에 의한 전극 두께 감소(mm/sec)를 측정하여 얻어질 수 있다.The drying rate of the electrode can be obtained by measuring the volume of the electrode dried per second (m3/sec) or by measuring the electrode thickness decrease (mm/sec) due to drying.

또한, 상기 전극의 건조속도는 전극 건조시 투입되는 열풍의 풍속이나 풍향 혹은 이 모두를 조절하여 변경할 수 있다. 이러한 공정 변수를 조정하여 전극 건조속도의 여러 측정값들을 얻을 수 있다.In addition, the drying speed of the electrode can be changed by adjusting the wind speed or direction of the hot air input during the electrode drying, or both. By adjusting these process parameters, several measurements of the electrode drying rate can be obtained.

전극의 접착력은 이른바 90° 필 테스트에 의하여 측정할 수 있다. 상기 90° 필 테스트는 구체적으로, 전극을 가로 세로 일정 폭으로 재단하여 샘플을 제조하고, 샘플에 테이프를 부착한 뒤, 100 mm/min의 속도, 90°의 박리 각도로 테이프를 잡아 당기면서 테이프가 샘플로부터 떨어질 때까지 걸리는 힘(gf/20mm)을 측정하여 전극의 접착력을 구할 수 있다.The adhesion of the electrode can be measured by a so-called 90° peel test. Specifically, the 90° peel test is performed by cutting an electrode to a predetermined width and length to prepare a sample, attaching a tape to the sample, and pulling the tape at a rate of 100 mm/min and a peeling angle of 90° while pulling the tape The adhesion force of the electrode can be obtained by measuring the force (gf/20mm) until it detaches from the sample.

<전극 접착력과 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 전극 건조속도의 상관 관계 도출><Deduction of correlation between electrode adhesion and binder ratio, solvent volume fraction, and electrode drying speed>

데이터가 수집되면, 이를 바탕으로 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 전극 건조속도와 전극의 접착력과의 상관관계를 도출한다. 이러한 상관관계는 선형 회귀 분석을 통해 도출될 수 있다. After the data are collected, the correlation between the binder ratio, the volume fraction of the solvent, the electrode drying speed and the adhesion of the electrode is derived based on the data. Such a correlation can be derived through linear regression analysis.

예컨대 전극 접착력을 결정하는 인자가 3종류이므로, 하기 식 5와 같이 다중 회귀 모델을 통해 상관관계를 도출할 수 있다. For example, since there are three types of factors determining electrode adhesion, a correlation can be derived through a multiple regression model as shown in Equation 5 below.

[식 5][Equation 5]

Figure pat00008
Figure pat00008

(식 1에서, TS는 전극의 예측된 접착력을 의미하며, BR,

Figure pat00009
및 Vo 는 각각 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 전극의 건조속도의 인자들을 나타낸다. 또한 a1 내지 a3는 각 인자들에 대한 매개변수를 의미한다.)(In Equation 1, TS means the predicted adhesion of the electrode, BR,
Figure pat00009
and Vo represent factors of the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the drying rate of the electrode in the initial stage of drying, respectively. Also, a 1 to a 3 mean parameters for each factor.)

또한, 상기 매개변수 a1, a2 및 a3는 최소자승법에 의해 계산될 수 있다.Also, the parameters a 1 , a 2 , and a 3 may be calculated by the least squares method.

구체적으로, 상기 측정값의 데이터로부터, 전극의 접착력, 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 전극의 건조속도에 따른 전극의 접착력을 별도의 그래프로 도시하고, 전극의 접착력과 각 인자(바인더, 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 전극 건조속도)의 관계에 대한 경향성을 육안으로 체크할 수 있다.Specifically, from the data of the measured values, the adhesion of the electrode, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the adhesion of the electrode according to the drying rate of the electrode at the initial stage of drying are shown in separate graphs, and the adhesion of the electrode and each factor (binder, ratio, the volume fraction of the solvent, and the drying rate of the electrode in the initial stage of drying) can be visually checked.

이 때 종속변수(전극 접착력)가 독립변수(각 인자)에 선형적으로 비례하는 형상일 경우 BR,

Figure pat00010
및 Vo 는 선형 스케일로 표현될 수 있다. 반면에 종속변수가 독립변수에 대해 선형적으로 비례하지 않는 경우 지수 스케일 또는 로그 스케일로 표현될 수 있다.At this time, if the dependent variable (electrode adhesion) has a shape that is linearly proportional to the independent variable (each factor), BR,
Figure pat00010
and Vo may be expressed on a linear scale. On the other hand, if the dependent variable is not linearly proportional to the independent variable, it can be expressed on an exponential scale or logarithmic scale.

선형 회귀 분석과 최소자승법에 의해 상기 3개의 인자와 전극의 접착력과의 관계식을 도출하는 것은 통계학적으로 공지된 것이기 때문에, 본 명세서에서는 더 이상 자세한 설명은 하지 않는다. 중요한 것은, 바인더 비율 외에 용매의 부피 분율과 건조 초기 구간의 전극 건조속도의 변수까지 함께 고려한 상관 관계를 도출하여 이로부터 전극의 접착력을 예측할 수 있다는 것이다.Deriving the relational expression between the three factors and the electrode adhesion by linear regression analysis and the least squares method is statistically known, and thus detailed description is not provided herein. What is important is that, in addition to the binder ratio, it is possible to predict the adhesion of the electrode by deriving a correlation that considers the volume fraction of the solvent and the variable of the electrode drying rate in the initial drying section as well.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 접착력 예측방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a procedure of a method for predicting adhesion of an electrode according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서는, 상기 상관 관계의 도출 전에 상기 건조 공정 내 바인더의 이동에 관한 변수로서 무차원수인 페클레수(Pe)와 상기 전극의 접착력의 관계에 기초하여 상기 전극의 접착력과, 상기 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도의 관계를 도출하는 단계를 더 포함하고 있다.Referring to FIG. 3 , in the present embodiment, based on the relationship between the Pecle number (Pe), which is a dimensionless number, as a variable related to the movement of the binder in the drying process, and the adhesive force of the electrode before the derivation of the correlation, The method further includes deriving a relationship between the adhesive force, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate.

본 발명에 있어서, 무차원수인 페클레수의 개념을 도입한 이유는, 전극의 접착력에 영향을 미치는 변수의 개수를 줄여서 보다 직관적으로 전극의 접착력을 예측하기 위한 것이다. 즉, 상기 변수의 개수를 줄이면 다중 회귀 분석을 하지 않고, 보다 단순한 선형 회귀 분석을 통하여 전극 접착력을 구할 수 있기 때문이다. 이 경우에는, 최소 자승법에 의하여 매개변수의 값만을 구하면 직관적으로 전극의 접착력을 예측하는 상관 관계를 구할 수 있다.In the present invention, the reason for introducing the concept of a dimensionless number, the Pecle number, is to more intuitively predict the adhesion of the electrode by reducing the number of variables affecting the adhesion of the electrode. That is, if the number of variables is reduced, the electrode adhesion can be obtained through a simpler linear regression analysis without performing multiple regression analysis. In this case, if only the parameter values are obtained by the least squares method, the correlation for predicting the adhesion force of the electrode can be obtained intuitively.

페클레수(Pe)는 유체역학에서 대류와 전도의 영향을 나타낸 것으로서, 하기 식 6-1로 표시된다.The Pecle number (Pe) represents the effect of convection and conduction in hydrodynamics, and is expressed by Equation 6-1 below.

Figure pat00011
[식 6-1]
Figure pat00011
[Equation 6-1]

여기서, L은 특성길이이고, U는 유속, Deff는 유효확산계수이다.Here, L is the characteristic length, U is the flow rate, and Dff is the effective diffusion coefficient.

상기 식에 나타난 바와 같이, 대류(convection) 플럭스가 증가할수록 증발속도가 빠르며, 현 전극 건조 시스템에서는 확산 플럭스를 정확하게 계산하기 어렵다. 전극 건조 시스템과 같은 마이크론 입자들이 쌓여있는 시스템에서 유효확산계수는 하기 식 6-2와 같이 표현된다.As shown in the above equation, the evaporation rate increases as the convection flux increases, and it is difficult to accurately calculate the diffusion flux in the current electrode drying system. In a system in which micron particles are piled up, such as an electrode drying system, the effective diffusion coefficient is expressed as Equation 6-2 below.

Figure pat00012
[식 6-2]
Figure pat00012
[Equation 6-2]

여기서, Do는 확산계수이고,

Figure pat00013
는 용매의 부피 분율이고, τ는 굴곡도(torutuosity)이다.where Do is the diffusion coefficient,
Figure pat00013
is the volume fraction of the solvent and τ is the torutuosity.

입자가 구형(球形)인 시스템에서, τ는

Figure pat00014
-0.5 로 표시되므로 식 6-2는 하기 식 6-3이 된다.In a system where the particles are spherical, τ is
Figure pat00014
Since it is expressed as -0.5 , Equation 6-2 becomes Equation 6-3 below.

Figure pat00015
[식 6-3]
Figure pat00015
[Equation 6-3]

상기 식 6-1에 식 6-3을 대입하면 하기 식 6-4를 구할 수 있다.By substituting Equation 6-3 into Equation 6-1, the following Equation 6-4 can be obtained.

Figure pat00016
[식 6-4]
Figure pat00016
[Equation 6-4]

전극 건조 시스템에서 특성거리 L은 전극 두께이고, 유동속도 U는 증발플럭스가 가장 활발한 건조 초기 구간의 전극 건조속도 Vo 로 간주할 수 있으므로, 상기 식 6-4는 하기 식 1이 된다.In the electrode drying system, the characteristic distance L is the electrode thickness, and the flow rate U can be regarded as the electrode drying speed Vo in the initial drying section in which the evaporation flux is most active, so Equation 6-4 becomes Equation 1 below.

Figure pat00017
[식 1]
Figure pat00017
[Equation 1]

또한, 건조 초기 구간의 전극 건조속도 Vo가 빠를수록 전극의 접착력은 감소하므로, 결과적으로 전극의 접착력 TS와 페클레수(Pe)와의 관계는 하기 식 2를 만족한다.In addition, as the electrode drying rate Vo in the initial drying period increases, the adhesion of the electrode decreases. As a result, the relationship between the adhesion TS of the electrode and the Pecle number (Pe) satisfies Equation 2 below.

Figure pat00018
[식 2]
Figure pat00018
[Equation 2]

즉, 전극 건조시스템에서 전극의 접착력은 페클레수에 반비례한다.That is, in the electrode drying system, the adhesion of the electrode is inversely proportional to the Pecle number.

한편, 전극 내 슬러리의 바인더 함량이 증가하면 전극의 접착력은 당연히 증가하므로, 전극 내 바인더 비율 BR, 페클레수 및 전극 접착력은 하기의 식 2-1 및 식 2-2를 만족한다. On the other hand, when the binder content of the slurry in the electrode increases, the adhesion of the electrode naturally increases. Therefore, the binder ratio BR in the electrode, the Pecle number, and the electrode adhesion force satisfy Equations 2-1 and 2-2 below.

Figure pat00019
[식 2-1]
Figure pat00019
[Equation 2-1]

Figure pat00020
[식 2-2]
Figure pat00020
[Equation 2-2]

여기서, 확산계수 Do는 전극에 따라 정해지는 상수이고, 특성길이인 전극 두께 L도 전지 제조공정조건에서 정해지는 특정값이다. 따라서, 상기 식 2-2로부터 상수인 Do와 L을 제외하면, 하기 식 2-3의 형태가 된다. Here, the diffusion coefficient Do is a constant determined depending on the electrode, and the electrode thickness L, which is the characteristic length, is also a specific value determined in the battery manufacturing process conditions. Accordingly, when the constants Do and L are excluded from Equation 2-2, the following Equation 2-3 is obtained.

Figure pat00021
[식 2-3]
Figure pat00021
[Equation 2-3]

상기 식 2-3으로부터, 전극 접착력이 바인더 비율 BR, 용매의 부피 분율

Figure pat00022
및 전극 건조 초기 구간의 전극 건조속도 Vo의 특정 함수에 비례하는 것을 알 수 있다.From Equation 2-3, the electrode adhesion is the binder ratio BR, the volume fraction of the solvent
Figure pat00022
And it can be seen that it is proportional to a specific function of the electrode drying rate Vo in the initial period of electrode drying.

이상의 식을 기초로, 상기 전극의 접착력과 바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 전극 건조속도의 측정값 데이터의 다수개의 세트를 대입하고, 선형 회귀 분석을 통하여 하기의 식 3을 구하였다.Based on the above formula, multiple sets of measured value data of the electrode adhesion force, binder ratio, solvent volume fraction, and initial electrode drying speed were substituted, and the following Equation 3 was obtained through linear regression analysis.

Figure pat00023
[식 3]
Figure pat00023
[Equation 3]

a, b는 매개변수이며 상술한 바와 같이 최소 자승법에 의하여 구할 수 있다.a and b are parameters and can be obtained by the least squares method as described above.

바인더 비율, 용매의 부피 분율, 건조 초기 전극 건조속도 데이터에 의하여 상기 식 3의 괄호 안의 값을 구할 수 있으며, 이 값을 'A'라고 지칭하면 전극의 접착력은 독립변수 'A'의 일차함수가 된다. 따라서, 페클레수와 전극 바인더 비율의 관계를 기초로 전극 접착력을 계산하는 상관 관계를 도출함으로써, 전극 접착력을 일차함수의 형태로 나타내어 전극 건조 시스템에서의 측정값 데이터를 기초로 전극 접착력을 용이하게 예측할 수 있게 되었다.The value in parentheses of Equation 3 can be obtained by the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying speed data at the initial stage of drying. do. Therefore, by deriving a correlation for calculating the electrode adhesion force based on the relationship between the Peccle number and the electrode binder ratio, the electrode adhesion force is expressed in the form of a linear function to facilitate the electrode adhesion based on the measured value data in the electrode drying system. became predictable.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to help the understanding of the present invention be described in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 Example

음극 활물질로서 기능하는 그라파이트, 도전재로서 카본블랙(상품명 SUPER-C65), 증점제로서 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 바인더로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR)(상품명 BM-L302)를 표 1에 나타난 조성으로 수계 용매에 함유시켜 전극 슬러리를 제조하였다. Graphite functioning as an anode active material, carbon black (trade name: SUPER-C65) as a conductive material, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and styrene butadiene rubber (SBR) (trade name BM-L302) as a binder are water-based with the composition shown in Table 1 An electrode slurry was prepared by containing it in a solvent.

이 슬러리를 두께 8㎛의 알루미늄 호일의 양면에 도포 후 건조하여 음극을 제조하였다. This slurry was coated on both sides of an aluminum foil having a thickness of 8 μm and dried to prepare a negative electrode.

전극모델electrode model 활물질active material 조성비
(중량%)
composition ratio
(weight%)
도전재conductive material 조성비
(중량%)
composition ratio
(weight%)
CMC
(증점제)
CMC
(thickener)
조성비
(중량%)
composition ratio
(weight%)
바인더bookbinder 조성비
(중량%)
composition ratio
(weight%)
Electrode 1 Electrode 1 Synthetic Graphite
+Natural Graphite
Synthetic Graphite
+Natural Graphite


97.1


97.1

SUPER-C65

SUPER-C65


1


One


BG-L01


BG-L01


1


One


BM-L302


BM-L302


0.9


0.9
Electrode 2Electrode 2 GraphiteGraphite 96.696.6 SUPER-C65SUPER-C65 1.01.0 DAICEL2200DAICEL2200 1.21.2 BM-L302BM-L302 1.21.2 Electrode 3 Electrode 3 Natural 
Graphite
Natural
Graphite
94.594.5 SUPER-C65SUPER-C65 1.51.5 DAICEL2200DAICEL2200 2.02.0 BM-L302BM-L302 2.02.0

이와 같이 제조된 전극들에 대하여, 건조 초기 구간의 전극 건조속도와 용매의 부피 분율을 측정하고, 건조 후 전극의 실제 접착력을 측정하였다.For the electrodes prepared in this way, the electrode drying rate and the volume fraction of the solvent in the initial drying section were measured, and the actual adhesion of the electrode after drying was measured.

전극의 건조속도는 건조 초기 구간의 초당 건조되는 전극의 부피(예컨대, 10-3 ㎥/sec)로 측정하였다. The drying rate of the electrode was measured by the volume of the electrode dried per second (eg, 10 -3 m 3 /sec) in the initial drying section.

용매의 부피 분율은 상기 식 4에 의하여 건조 초기의 용매의 부피 분율을 측정하였으며, 그 범위는 전극에 따라 다소 상이하지만, 본 실시예에서는 0.64~0.73의 범위인 것을 확인하였다.As for the volume fraction of the solvent, the volume fraction of the solvent at the initial stage of drying was measured according to Equation 4, and the range was somewhat different depending on the electrode, but it was confirmed that it was in the range of 0.64 to 0.73 in this example.

전극의 접착력은, 하기와 같은 필 테스트에 의하여 측정한다. 즉, 전극을 10×250mm로 커팅한 후, 전극의 한쪽 끝을 약 50mm 정도 남기고 반대편 끝의 200mm를 양면테이프를 이용하여 지지대 위에 부착한 다음, 소정 무게의 롤러를 이용하여 전극 양면테이프를 일정한 힘으로 부착한다. 이후 테이프에 부착되지 않은 한쪽 끝을 잡아당겨 전극과 테이프 간을 10mm 정도 분리시킨 후, UTM(universal testing machine)에 고정한다. 상기 반대편 끝을 바닥에 고정시키고 상기 한쪽 끝을 인장실험용 지그에 고정한 후, 일정한 힘을 가해 전극을 분리시키면서 인장강도를 측정하는 것에 의해 전극의 접착력(gf/20mm)을 측정한다. The adhesive force of the electrode is measured by the following peel test. That is, after cutting the electrode to 10×250mm, leave about 50mm on one end of the electrode, and attach 200mm of the other end to the support using double-sided tape, and then use a roller of a predetermined weight to apply the electrode double-sided tape with a certain force. attach with Then, pull one end not attached to the tape to separate the electrode and the tape by about 10 mm, and then fix it on a universal testing machine (UTM). After fixing the opposite end to the floor and fixing the one end to a jig for a tensile test, the adhesive force (gf/20mm) of the electrode is measured by measuring the tensile strength while separating the electrode by applying a certain force.

상기 전극 1,2,3의 각각의 시료들에 대한 바인더의 비율 BR, 건조 초기 구간의 전극 건조속도 Vo 및 실제 전극의 접착력 TS의 측정값을 나타내면 표 2와 같다.Table 2 shows the measured values of the binder ratio BR for each of the samples of the electrodes 1, 2, and 3, the electrode drying rate Vo in the initial drying section, and the actual electrode adhesion TS.

    TS(gf/20mm)TS(gf/20mm) v0 v 0 BRBR Electrode1Electrode1 시료1sample 1 27.9827.98 103103 0.90.9   시료2sample 2 18.0918.09 118118 0.90.9   시료3sample 3 13.1213.12 122122 0.90.9   시료4sample 4 22.6622.66 118118 0.90.9   시료5sample 5 13.6413.64 122122 0.90.9 Electrode2Electrode2 시료6sample 6 36.1636.16 145145 1.21.2   시료7sample 7 23.3923.39 153153 1.21.2 Electrode3Electrode3 시료8sample 8 69.8269.82 134134 22   시료9sample 9 55.0855.08 131131 22   시료10sample 10 64.4064.40 128128 22   시료11sample 11 48.4048.40 157157 22   시료12sample 12 36.8836.88 191191 22   시료13sample 13 26.2526.25 198198 22

상기 표 2의 측정값 데이터와 상기 용매의 부피 분율의 값을 기초로 실제 전극의 접착력 TS를 그래프로 하여 나타내면 도 4와 같다.Based on the measured value data of Table 2 and the value of the volume fraction of the solvent, the adhesive force TS of the actual electrode is graphed as shown in FIG. 4 .

도 4에서 X축의 'A'값은 상기 식 3의 우변의

Figure pat00024
를 지칭한다.In FIG. 4, the 'A' value of the X-axis is the right side of Equation 3 above.
Figure pat00024
refers to

즉, 상기 도 4는 'A'를 독립변수로 하는 종속변수 TS의 실제 측정값과의 관계를 나타낸 것이다.That is, FIG. 4 shows the relationship with the actual measured value of the dependent variable TS using 'A' as the independent variable.

도 4에 나타낸 바와 같이, 'A'와 실제 측정값 TS는 일정한 경향성(일차함수의 비례관계)을 가지고 배열되어 있다. 이 그래프를 선형 회귀 분석을 통하여 TS의 함수를 구하면,

Figure pat00025
= a + b A의 형태가 된다.As shown in FIG. 4 , 'A' and the actual measured value TS are arranged with a certain tendency (proportional relationship of the linear function). If the function of TS is obtained through linear regression analysis of this graph,
Figure pat00025
= a + b A.

선형 회귀 분석의 결과 a는 -33.71, b는 14.64임을 알 수 있었다('A'의 차수에 비하여 TS의 단위는 10배 이상임을 주의하여야 한다).As a result of linear regression analysis, it was found that a was -33.71 and b was 14.64 (note that the unit of TS is 10 times or more compared to the order of 'A').

도 4에서 전극 1의 시료 1~5는 삼각형으로 도시되어 있다. 시료 3과 시료 5의 접착력은 13,12와 13.64로 매우 근접하여 삼각형이 중첩된 형상으로 그래프에 나타나 있다.In FIG. 4, samples 1 to 5 of electrode 1 are shown as triangles. The adhesive strengths of samples 3 and 5 were very close to 13,12 and 13.64, and are shown in the graph in the form of overlapping triangles.

상기 a, b는 전극의 종류, 조성이 상이하면 바뀔 수 있다. 중요한 것은, 전극이나 조성이 바뀌더라도 전극의 접착력이 상기 식 3의 경향성을 가진다는 것이다.The a and b may be changed when the type and composition of the electrode are different. Importantly, even if the electrode or composition is changed, the adhesion of the electrode has the tendency of Equation 3 above.

상기 실시예로부터 건조 초기 구간의 전극 건조속도가 증가하면 대체로 전극의 접착력이 감소한다는 것을 알 수 있다. 또한, 바인더 비율이 증가할수록 전극의 접착력은 증가한다. 상기 표 2에서 동일 조성에서 전극 증발속도가 감소하는 경우에도 전극 접착력이 감소하지 않는 경우는 용매의 부피 분율의 영향에 의한 것으로 파악된다. 또한, 상기 표 2에서 전극 1,2,3이 각각 접착력이 다른 것은, 전극의 조성이 다른 것에 기인한 것 외에 용매의 부피 분율이 전극에 따라서 달라진 것에 의한 영향도 있다.From the above embodiment, it can be seen that when the drying speed of the electrode in the initial drying period is increased, the adhesion of the electrode is generally decreased. In addition, as the binder ratio increases, the adhesion of the electrode increases. In Table 2, the case where the electrode adhesion strength does not decrease even when the electrode evaporation rate is decreased in the same composition is understood to be due to the effect of the volume fraction of the solvent. In addition, the reason that the electrodes 1, 2, and 3 have different adhesive strengths in Table 2 is also due to the fact that the composition of the electrodes is different and the volume fraction of the solvent varies depending on the electrodes.

실험예Experimental example

상기 선형 회귀 분석에 의하여 구한 식 1의 관계로 실제 전극의 접착력을 예측할 수 있는지를 알아보기 위하여, 상기 실제 전극의 측정값과, 상기 식

Figure pat00026
= -33.71 + 14.64 A( 여기서 A=
Figure pat00027
)의 상관 관계식으로 계산한 계산값을 하나의 그래프에 나타내어 도 5로 하였다.In order to find out whether the adhesive force of the real electrode can be predicted by the relationship of Equation 1 obtained by the linear regression analysis, the measured value of the real electrode and the formula
Figure pat00026
= -33.71 + 14.64 A (where A=
Figure pat00027
), the calculated value calculated by the correlation formula is shown in one graph and is shown in FIG. 5 .

도 5에 도시된 바와 같이, 계산값(TS)의 직선에 대하여 측정값(TS)은 대체로 일치하는 경향을 나타내었다. 계산값에 대한 측정값의 차이의 표준편차는 0.9219로서 상기 계산값으로부터 실제 전극 접착력의 값을 용이하게 추정 가능함을 알 수 있었다.As shown in FIG. 5 , the measured values TS exhibited a tendency to generally agree with respect to the straight line of the calculated values TS. The standard deviation of the difference between the calculated values and the measured values was 0.9219, indicating that the value of the actual electrode adhesion force could be easily estimated from the calculated values.

따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극 접착력의 계산값과 측정값은 서로 비슷한 수치를 나타내었으며, 계산값에 따른 상관 관계와 실제 측정값에 따른 상관 관계가 일치함을 확인할 수 있었다.Therefore, as shown in FIG. 5 , the calculated value and the measured value of electrode adhesion showed similar values, and it was confirmed that the correlation according to the calculated value and the correlation according to the actual measured value were consistent.

그러므로, 본 발명에 의하면, 상기 특정 상관 관계를 이용하여 전극 건조과정에서의 전극 접착력을 계산하여 실제 접착력의 값을 예측할 수 있다. 또한, 정해진 슬러리 특성에서 원하는 접착력을 얻기 위한 전극 제조공정의 운전 범위를 결정할 수 있다. 예컨대, 건조시 열풍의 풍향이나 풍속을 변경하고 이에 따라 전극 건조속도를 조정함으로써, 전극 접착력을 조절할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the value of the actual adhesive force can be predicted by calculating the electrode adhesive force in the electrode drying process using the specific correlation. In addition, it is possible to determine the operating range of the electrode manufacturing process to obtain a desired adhesion in the specified slurry properties. For example, by changing the wind direction or wind speed of the hot air during drying and adjusting the electrode drying speed accordingly, the electrode adhesion can be adjusted.

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.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the drawings disclosed in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these drawings. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (11)

집전체 상에 코팅된 전극 슬러리를 건조할 때의 슬러리 내 바인더 비율, 슬러리 내 용매의 부피 분율, 건조 초기 구간의 전극 건조속도 및 전극의 접착력을 측정하여 측정값 데이터를 수집하는 단계;
상기 측정값 데이터로부터 선형 회귀 분석을 통하여 상기 전극의 접착력과 상기 바인더 비율, 슬러리내 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도의 상관 관계를 도출하는 단계; 및
상기 상관 관계로부터 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 따른 전극의 접착력을 예측하는 단계를 포함하는 전극의 접착력 예측 방법.
collecting measured value data by measuring the binder ratio in the slurry, the volume fraction of the solvent in the slurry, the electrode drying rate in the initial drying section, and the adhesion of the electrode when drying the electrode slurry coated on the current collector;
deriving a correlation between the adhesive force of the electrode, the binder ratio, the volume fraction of the solvent in the slurry, and the electrode drying rate in the initial drying section through linear regression analysis from the measured value data; and
The method of predicting adhesion of an electrode comprising the step of estimating the adhesion of the electrode according to the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate in the initial drying section from the correlation.
제 1 항에 있어서,
상기 상관 관계 도출 전에 상기 건조 공정 내 바인더의 이동에 관한 변수로서 무차원수인 페클레수(Pe)와 상기 전극의 접착력의 관계에 기초하여 상기 전극의 접착력과, 상기 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도의 관계를 도출하는 단계를 더 포함하는 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
Before deriving the correlation, based on the relationship between the dimensionless number Pecle number (Pe) as a variable related to the movement of the binder in the drying process and the adhesion force of the electrode, the adhesion of the electrode, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate Adhesion prediction method of the electrode further comprising the step of deriving a relationship of.
제 2 항에 있어서,
상기 페클레수(Pe)와 상기 전극의 접착력은 이하의 식 1 및 식 2의 관계를 가지는 전극의 접착력 예측 방법.
Figure pat00028
[식 1]
Figure pat00029
[식 2]
(여기서 L= 특성길이로서 전극의 두께,
Do = 확산 계수
Figure pat00030
= 슬러리 내 용매의 부피 분율
Vo = 건조 초기 구간의 전극 건조속도)
3. The method of claim 2,
The Pecle number (Pe) and the adhesive force of the electrode have a relationship of Equations 1 and 2 below.
Figure pat00028
[Equation 1]
Figure pat00029
[Equation 2]
(Where L = characteristic length, the thickness of the electrode,
Do = diffusion coefficient
Figure pat00030
= volume fraction of solvent in the slurry
Vo = electrode drying speed in the initial period of drying)
제 3 항에 있어서,
상기 식 1 및 식 2의 관계와, 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 건조 초기 구간의 전극 건조속도에 관한 측정 데이터의 선형 회귀 분석을 통하여, 하기 식 3을 도출하고, 하기 식 3에 의하여 상기 바인더 비율, 용매의 부피 분율 및 전극 건조속도에 따른 전극의 접착력을 계산하여 전극의 접착력을 예측하는 전극의 접착력 예측 방법.
Figure pat00031
[식 3]
(여기서 TS = 전극 활물질층과 집전체 사이의 예측 접착력,
BR = 전극 슬러리 내 바인더 비율,
Figure pat00032
= 용매의 부피 분율,
Figure pat00033
= 전극 건초 초기 구간 건조속도,
a 및 b는 상수로서 매개 변수)
4. The method of claim 3,
Through the linear regression analysis of the relationship between Equations 1 and 2, the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the measurement data related to the electrode drying rate in the initial drying section, the following Equation 3 is derived, and the A method for predicting electrode adhesion by calculating the adhesion force of the electrode according to the binder ratio, the volume fraction of the solvent, and the electrode drying rate.
Figure pat00031
[Equation 3]
(where TS = predicted adhesion between the electrode active material layer and the current collector,
BR = proportion of binder in the electrode slurry,
Figure pat00032
= volume fraction of solvent,
Figure pat00033
= Drying speed in the initial section of the electrode hay,
a and b are parameters as constants)
제 4 항에 있어서,
상기 a 및 b는 최소자승법에 의해 계산되는 전극의 접착력 예측 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein a and b are the method of predicting the adhesion force of the electrode calculated by the least-squares method.
제 1 항에 있어서,
상기 전극의 접착력의 측정은, 90°필 테스트를 행하여, 전극의 접착력을 측정하는 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
The measurement of the adhesive force of the electrode is a method of predicting the adhesive force of the electrode to measure the adhesive force of the electrode by performing a 90 ° peel test.
제 1 항에 있어서,
상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 항률 건조 구간에서의 건조속도인 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
The electrode drying rate in the initial drying section is a drying rate in the constant-rate drying section.
제 7 항에 있어서,
상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 20~40% 건조가 진행되었을 때의 건조속도인 전극의 접착력 예측 방법.
8. The method of claim 7,
The electrode drying rate in the initial drying section is a drying rate when 20 to 40% drying is in progress.
제 1 항에 있어서,
상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 초당 건조되는 전극의 부피인 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
The electrode drying rate in the initial drying section is the electrode's adhesion force prediction method, which is the volume of the electrode dried per second.
제 1 항에 있어서,
상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도는 건조에 의한 전극 두께 감소 속도(mm/sec)인 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
The electrode drying rate in the initial drying section is the electrode thickness reduction rate (mm/sec) by drying.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 건조시 투입되는 열풍 온도 및 풍량 중 적어도 하나를 조절하여 상기 건조 초기 구간의 전극 건조속도를 변경하여 측정값 데이터를 수집하는 전극의 접착력 예측 방법.
The method of claim 1,
An electrode adhesion prediction method for collecting measured value data by adjusting at least one of a hot air temperature and an air volume input during drying of the electrode to change the electrode drying speed in the initial drying section.
KR1020200143697A 2020-10-30 2020-10-30 Method for estimating adhesion strength of electrode KR20220058196A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200143697A KR20220058196A (en) 2020-10-30 2020-10-30 Method for estimating adhesion strength of electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200143697A KR20220058196A (en) 2020-10-30 2020-10-30 Method for estimating adhesion strength of electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220058196A true KR20220058196A (en) 2022-05-09

Family

ID=81582119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200143697A KR20220058196A (en) 2020-10-30 2020-10-30 Method for estimating adhesion strength of electrode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220058196A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200027693A (en) 2018-09-05 2020-03-13 주식회사 엘지화학 Method for performance analysis of secondary battery electrode

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200027693A (en) 2018-09-05 2020-03-13 주식회사 엘지화학 Method for performance analysis of secondary battery electrode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2679900C1 (en) Multilayer storage battery
EP3370282B1 (en) Method for manufacturing electrode using current collector having penetration-type pores or holes formed thereon
JP6969518B2 (en) Manufacturing method of electrodes for solid-state batteries
CN114375392B (en) Diagnosis of cause of deterioration of lithium secondary battery
US11367876B2 (en) Copper foil for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery including the same
KR20160100863A (en) Electrode, secondary battery comprising the same and methode for producing the same, electrode and secondary battery manufactured by the same
KR20220058196A (en) Method for estimating adhesion strength of electrode
KR20220050451A (en) Method of evaluating the degree of secession of electrode active material
KR102453275B1 (en) Method for analyzing cohesive failure of electrode
KR102465822B1 (en) Electrode for secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
KR20220009095A (en) Drying apparatus and manufacturing apparatus for electrode comprising the same
KR20220068741A (en) Device of evaluating the degree of secession of electrode active material and method of evaluating the degree of secession of electrode active material
KR20220050449A (en) Method of evaluating the degree of secession of electrode active material
KR20220011318A (en) Method of evaluating the degree of secession of electrode active material
KR20220053192A (en) Method of evaluating the degree of secession of electrode active material
KR20220060837A (en) Method of evaluating the degree of secession of electrode active material
EP4235901A1 (en) Electrode assembly including coating layer formed on other surface of single-sided positive electrode and secondary battery comprising same
KR20220049716A (en) Method for designing loading amount of an electrode according to rolling factor
EP4109580A1 (en) Automatic electrode drying control system and automatic electrode drying control method
KR20220023514A (en) Method for rolling electrode
US11552288B2 (en) Method for analyzing cohesive failure of electrode
US20230317955A1 (en) Electrode
TWI830347B (en) Electrolytic copper foil, electrode and lithium ion battery comprising the same
EP4156400A1 (en) Separator for secondary battery
EP4106041A1 (en) Electrode drying system and electrode drying method