KR20220109831A - Preparation method for Electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은, 전극의 제조 방법에 대한 것이다. The present application relates to a method of manufacturing an electrode.
에너지 저장 기술은, 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC이나, 전기 자동차 등까지 적용 영역이 확대되고 있다.Energy storage technology is being applied to mobile phones, camcorders, notebook PCs, electric vehicles, and the like.
에너지 저장 기술의 연구 분야 중 하나는 충방전이 가능한 이차 전지이고, 이러한 이차 전지의 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위한 연구 개발이 진행되고 있다.One of the research fields of energy storage technology is a rechargeable battery capable of charging and discharging, and research and development for improving the capacity density and specific energy of the secondary battery are being conducted.
이차 전지에 적용되는 전극(양극 또는 음극)은, 통상 집전체상에 전극 활물질과 바인더를 포함하는 활물질층을 형성하여 제조한다. An electrode (positive electrode or negative electrode) applied to a secondary battery is usually manufactured by forming an active material layer including an electrode active material and a binder on a current collector.
이차 전지의 전극에서 활물질간의 전자의 이동 및 집전체와 활물질층간의 전자 이동을 원활하게 유도하기 위해서는, 활물질 입자간의 접착력과 활물질층과 집전체간의 접착력이 확보되어야 한다.In order to smoothly induce the movement of electrons between the active material and the current collector and the active material layer in the electrode of the secondary battery, the adhesive force between the active material particles and the adhesive force between the active material layer and the current collector must be secured.
활물질층 내에서 입자들간의 접착력이 부족하면, 전극으로부터 입자가 탈락하는 현상이 일어날 수 있고, 이러한 현상은 전지의 안정성과 성능을 떨어뜨리게 된다. 예를 들어, 음극과 양극의 표면에서 입자간의 불충분한 접착력으로 인해 탈락된 입자는 전지 내부에서 마이크로쇼트(microshort) 등을 발생시켜 성능의 저하 및 단락으로 인한 화재의 원인이 될 수 있다.If the adhesion between the particles in the active material layer is insufficient, a phenomenon in which the particles fall off from the electrode may occur, and this phenomenon deteriorates the stability and performance of the battery. For example, particles falling off due to insufficient adhesion between particles from the surfaces of the negative electrode and the positive electrode may cause a microshort or the like inside the battery, which may cause deterioration of performance and fire due to a short circuit.
활물질층과 집전체의 접착력이 떨어지게 되면, 활물질층과 집전체간의 전자의 이동 속도가 감소하고, 이는 속도 특성과 싸이클 특성의 저하의 원인이 되기도 한다.When the adhesive force between the active material layer and the current collector is lowered, the movement speed of electrons between the active material layer and the current collector is reduced, which may cause deterioration of the speed characteristics and cycle characteristics.
따라서 활물질층에서 입자간의 접착력이나 활물질층과 집전체간의 접착력을 높이기 위해 활물질층에 더 많은 바인더를 도입하려는 시도가 있어왔다. Therefore, attempts have been made to introduce more binders into the active material layer in order to increase the adhesion between particles in the active material layer or between the active material layer and the current collector.
그렇지만, 이러한 경우에 바인더의 비율이 늘어난 만큼 활물질의 비율이 감소하게 되므로 전극 저항의 증가, 전도도의 감소 등에 의한 전지의 성능 저하 및 용량 저하 등의 문제가 발생하게 된다.However, in this case, since the ratio of the active material is decreased as much as the ratio of the binder is increased, problems such as degradation of performance and capacity of the battery due to an increase in electrode resistance and a decrease in conductivity occur.
본 출원은 전극의 제조 방법에 대한 것이다. 본 출원은, 집전체와 활물질층을 포함하는 전극의 제조 방법으로서, 상기 활물질층 내의 바인더 함량 대비 높은 수준의 입자간 접착력과 활물질층과 집전체간의 접착력을 확보할 수 있는 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. The present application relates to a method of manufacturing an electrode. The present application provides a method for manufacturing an electrode comprising a current collector and an active material layer, and provides a method of manufacturing an electrode capable of securing a high level of interparticle adhesion and adhesion between the active material layer and the current collector compared to the binder content in the active material layer to do it for one purpose.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 결과에 영향을 미치는 물성은, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 상온에서 측정한 결과이다. Among the physical properties mentioned in this specification, the properties in which the measurement temperature affects the results are results measured at room temperature unless otherwise specified.
용어 상온은 가온되거나, 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들어, 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 온도의 단위는 특별히 달리 규정하지 않는 한 섭씨(℃)이다.The term room temperature refers to a natural temperature that has been heated or not reduced, for example, any temperature within the range of 10°C to 30°C, about 23°C or about 25°C. In addition, in the present specification, the unit of temperature is Celsius (°C) unless otherwise specified.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 결과에 영향을 미치는 물성은, 특별히 달리 언급하지 않는 한, 상압에서 측정한 결과이다.Among the physical properties mentioned in this specification, the properties in which the measured pressure affects the results are results measured at normal pressure, unless otherwise specified.
용어 상압은 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력이고, 통상 대기압 수준의 약 1기압 정도를 의미한다.The term atmospheric pressure is a natural pressure that is not pressurized or depressurized, and usually means about 1 atmosphere of atmospheric pressure.
본 명세서에서 측정 습도가 결과에 영향을 미치는 물성의 경우, 해당 물성은 상기 상온 및/또는 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 자연 그대로의 습도에서 측정한 물성이다.In the case of a physical property in which the measured humidity affects the result, the physical property is a physical property measured at natural humidity that is not specifically controlled at the room temperature and/or pressure.
본 출원의 제조 방법에 의해 제조된 전극은, 집전체; 및 상기 집전체의 일면에 존재하는 활물질층을 포함할 수 있다. 도 1은, 이러한 전극의 단면도이고, 집전체(100)와 활물질층(200)을 포함하는 구조를 나타낸다. 상기 전극 구조에서 활물질층은 집전체의 표면과 접하여 형성되어 있을 수도 있고, 집전체와 활물질층 사이에 다른 층이 존재할 수도 있다. The electrode manufactured by the manufacturing method of the present application includes a current collector; and an active material layer present on one surface of the current collector. 1 is a cross-sectional view of such an electrode, and shows a structure including a
본 출원의 제조 방법에 의해 제조된 전극은 활물질층 내의 바인더의 분포, 특히 집전체에 인접하는 활물질층 내의 바인더의 분포의 제어를 통해서, 활물질층 내의 바인더 함량 대비 상기 활물질층 내의 입자간의 높은 접착력을 확보하고, 동시에 활물질층과 집전체간의 높은 접착력을 확보할 수 있다. The electrode manufactured by the manufacturing method of the present application has high adhesion between the particles in the active material layer compared to the binder content in the active material layer through control of the distribution of the binder in the active material layer, particularly the distribution of the binder in the active material layer adjacent to the current collector. It is possible to secure high adhesion between the active material layer and the current collector at the same time.
활물질층은, 전극 활물질과 바인더를 포함하는데, 접착력은 바인더에 의해서 발현된다. 따라서, 접착력의 확보를 위한 종래 기술의 접근은 도입하는 바인더의 양을 증대시키거나 및/또는 바인더와 집전체의 친화성(affinity)을 증가시켜서 바인더의 집전체로의 젖음성(wetting)을 향상시킴으로써 집전체 표면의 전 영역 상에 바인더가 고르게 분포하도록 하는 것이었다. 그렇지만, 이러한 접근 방식은, 바인더의 양이 많아짐에 따라 도입할 수 있는 활물질의 양이 줄어들어 전지 성능 및 용량이 저하되거나, 또는 집전체 표면의 전 영역 상의 바인더 중 실제 접착력의 향상에 기여할 수 있는 바인더의 비율이 떨어진다는 문제가 있다. The active material layer includes an electrode active material and a binder, and the adhesive force is expressed by the binder. Therefore, the prior art approach for securing the adhesive strength by increasing the amount of the introduced binder and/or increasing the affinity (affinity) of the binder and the current collector to improve the wetting of the binder to the current collector (affinity) It was to evenly distribute the binder over the entire area of the surface of the current collector. However, in this approach, as the amount of the binder increases, the amount of the active material that can be introduced decreases, resulting in a decrease in battery performance and capacity, or a binder that can contribute to the improvement of actual adhesion among binders on the entire area of the surface of the current collector. There is a problem that the ratio of
예를 들어, 도 2에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 통상 활물질층에 존재하는 전극 활물질(1001)은 바인더(2001) 대비 큰 입경을 가진다. 이러한 상태에서 예를 들어, 상기 바인더와 집전체의 친화성을 증가시키는 방식 등에 의해 바인더(2001)가 집전체(100)에 고르게 분포하게 되면, 집전체(100) 상의 바인더(2001)와 전극 활물질(1001)이 접촉될 확률이 떨어질 수 있다. 즉, 집전체상에 분포한 바인더 중에서 접착력의 향상에 기여하지 못하는 바인더의 비율이 늘어나게 된다. 이렇게 접착력 향상에 기여하지 못하는 바인더의 비율이 클수록, 목적하는 접착력의 구현을 위해 도입해야 하는 바인더의 양이 늘어나게 되며, 이에 따라 활물질층 내 도입될 수 있는 전극 활물질의 양은 줄어들게 된다. 이는 전극 저항의 상승, 전기 전도도의 하락, 전지의 성능 저하 및 용량 저하 등을 초래할 수 있다. For example, as conceptually shown in FIG. 2 , the electrode
본 발명자는 집전체 표면 위치별 바인더 분포를 제어함으로써 위와 같은 문제를 해결할 수 있음을 확인하였다. 본 출원인은, 단순히 바인더의 양을 늘리거나, 및/또는 바인더와 집전체 표면 등 간의 친화성을 증대시켜 접착력을 향상시키고자 하는 종래 기술과는 달리, 집전체 표면에 바인더가 많이 분포하는 영역과 적게 또는 분포하지 않는 영역이 반복 배치되도록 함으로써 접착력 향상에 기여할 수 있는 바인더의 비율을 높일 수 있고, 이에 따라 바인더 함량 대비 활물질층 내의 입자 간 접착력과 활물질층과 집전체의 접착력을 크게 개선할 수 있음을 확인하였다. 또한, 이를 통해 고용량이면서 성능 또한 우수한 이차전지 등의 제공도 가능하다. The present inventors have confirmed that the above problem can be solved by controlling the binder distribution for each position on the surface of the current collector. Unlike the prior art, which aims to improve adhesion by simply increasing the amount of binder and/or increasing affinity between the binder and the surface of the current collector, etc., By repeatedly disposing a small or non-distributed area, it is possible to increase the ratio of the binder that can contribute to the improvement of the adhesion, and accordingly, the adhesion between the particles in the active material layer and the adhesion between the active material layer and the current collector can be greatly improved compared to the binder content. was confirmed. In addition, through this, it is possible to provide a secondary battery having a high capacity and excellent performance.
본 출원의 전극의 제조 방법은, 예를 들어, 표준 박리 시험 후 집전체 표면 상의 일 방향을 따라서 위치에 따른 바인더의 점유 면적 비율이 파동 그래프를 나타낼 수 있다. 상기 일 방향은 예를 들어, 표준 박리 시험 후 집전체 표면 상의 임의의 지점을 출발점으로 할 때, 상기 출발점으로부터 우측, 좌측, 위 및/또는 아래 방향 중 적어도 하나의 방향을 의미할 수 있고, 상기 출발점으로부터 둘 이상의 방향에 대해 상기 파동 그래프가 나타날 수도 있다. In the method of manufacturing the electrode of the present application, for example, after a standard peeling test, the ratio of the area occupied by the binder according to the position along one direction on the surface of the current collector may represent a wave graph. The one direction may mean, for example, at least one of right, left, up and/or down directions from the starting point when an arbitrary point on the surface of the current collector is a starting point after a standard peel test, The wave graph may be displayed for more than one direction from the starting point.
상기 표준 박리 시험은, 3M사의 스카치 매직 테이프 Cat. 810R을 사용하여 수행한다. 표준 박리 시험을 수행하기 위해서 우선 전극을 가로가 20 mm 정도이고, 세로가 100 mm 정도인 크기로 재단한다. 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R을 가로의 길이가 10 mm이고, 세로의 길이가 60 mm 가 되도록 재단한다. 그 후 도 3에 나타난 바와 같이 전극의 활물질층(200)상에 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)을 크로스 상태로 부착한다. 상기 부착은 상기 매직 테이프 Cat. 810R(300)이 일정 부분 돌출되도록 수행할 수 있다. 그 후 상기 돌출 부위를 잡고 상기 매직 테이프 Cat. 810R(300)을 박리한다. 이 때 박리 속도 및 박리 각도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 박리 속도는 약 20mm/sec 정도로 하고, 박리 각도는 약 30도 정도로 할 수 있다. 또한, 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)의 부착은, 테이프 부착 후 테이프의 표면을 무게가 1kg 정도이고, 반경 및 폭이 각각 50mm 및 40 mm의 롤러로 1회 왕복하여 밀어줌으로써 부착한다. The said standard peeling test is 3M's Scotch Magic Tape Cat. This is done using the 810R. In order to perform the standard peel test, first, the electrode is cut to a size of about 20 mm in width and about 100 mm in length. The Scotch Magic Tape Cat. Cut 810R so that the horizontal length is 10 mm and the vertical length is 60 mm. Thereafter, as shown in FIG. 3, the Scotch magic tape Cat. Attach the 810R (300) in a cross state. The attachment is the magic tape Cat. 810R (300) may be performed so that a certain portion protrudes. Then, holding the protruding part, the magic tape Cat. The 810R (300) is peeled off. At this time, the peeling rate and the peeling angle are not particularly limited, but the peeling rate may be about 20 mm/sec, and the peeling angle may be about 30 degrees. In addition, the Scotch Magic Tape Cat. The attachment of the 810R (300) is attached by reciprocating and pushing the surface of the tape with a roller having a weight of about 1 kg and a radius and width of 50 mm and 40 mm, respectively, once after attaching the tape.
상기 과정을 통해서 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)을 박리하면, 활물질층(200)의 성분이 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)와 함께 박리된다. 이어서 새로운 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)를 사용하여 상기 과정을 반복한다. Through the above process, Scotch Magic Tape Cat. When the 810R (300) is peeled off, the component of the
이 과정을 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)상에 활물질층(200)의 성분이 묻어나오지 않아서 관찰되지 않을 때까지 수행하여 상기 표준 박리 시험을 진행할 수 있다. Scotch Magic Tape Cat. The standard peeling test may be performed by performing until the component of the
스카치 매직 테이프 Cat. 810R(300)상에 활물질층(200)의 성분이 묻어나오지 않은 것은 활물질층으로부터 박리된 스카치 매직 테이프의 표면과 미사용 스카치 매직 테이프의 표면을 비교하여, 양자의 명암이 실질적으로 동일한 경우에 활물질층의 성분이 묻어나오지 않는 것으로 판정할 수 있다(육안 관찰). Scotch Magic Tape Cat. When the component of the
표준 박리 시험을 진행하는 구체적인 방식은 실시예에 기재되어 있다. A specific way to run the standard peel test is described in the Examples.
상기 바인더의 점유 면적 비율은 예를 들어, 상기 표준 박리 시험 후에 집전체 표면의 임의의 영역을 촬영하여 얻은 이미지에 대해 바인더가 존재하는 영역과 바인더가 존재하지 않는 영역을 구분하고, 상기 임의의 영역의 면적 대비 상기 임의의 영역 내에 바인더가 존재하는 영역의 면적 비율을 계산하여 측정된 값일 수 있다. 본 출원에서, 바인더가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역은 예를 들어, Image J software(제조사: Image J)의 Trainable Weka Segmentation Plug-in 등을 이용하여 브라이트니스(Brightness)를 기준으로 구분할 수 있다. 본 출원에서 상기 바인더 점유 면적 비율의 구체적인 측정은 하기 실시예에 기재된 방식을 따를 수 있다. The ratio of the area occupied by the binder is, for example, in an image obtained by photographing an arbitrary area of the surface of the current collector after the standard peeling test, a region in which the binder is present and an area in which the binder is not present, and the arbitrary region It may be a value measured by calculating an area ratio of a region in which the binder is present in the arbitrary region to the area of . In the present application, the region in which the binder is present and the region in which the binder is not present can be divided based on brightness using, for example, Trainable Weka Segmentation Plug-in of Image J software (manufacturer: Image J). . In the present application, the specific measurement of the ratio of the area occupied by the binder may follow the method described in Examples below.
상기 파동 그래프는 예를 들어, 본 출원의 전극에 대해 표준 박리 시험을 수행한 후 얻어진 집전체 샘플 표면의 임의의 지점을 출발점으로 하여, 상기 출발점으로부터 적어도 일 방향(예를 들어, 우측 방향, 좌측 방향, 위 방향 및/또는 아래 방향)을 따라서 바인더 점유 면적 비율을 측정하고, 출발점으로부터의 측정 영역의 거리(위치)를 x축으로 하고, 바인더 점유 면적 비율을 y축으로 하여 도시한 그래프를 의미할 수 있다. The wave graph is, for example, from an arbitrary point on the surface of the current collector sample obtained after performing a standard peel test on the electrode of the present application as a starting point, in at least one direction (eg, right direction, left side) from the starting point. direction, up and/or down), measuring the ratio of the area occupied by the binder, taking the distance (position) of the measurement area from the starting point as the x-axis, and the ratio of the area occupied by the binder as the y-axis means a graph can do.
본 명세서에서 용어 파동 그래프는 x축을 위치(출발점으로부터의 측정 영역의 거리), 바인더 점유 면적 비율을 y축으로 하였을 때, x축의 값이 커짐에 따라 바인더 점유 면적 비율이 증가하다가 감소하고 다시 증가하는 경향을 보이는 그래프를 의미할 수 있다. In the present specification, the term wave graph indicates that when the x-axis is the position (distance of the measurement area from the starting point) and the binder occupied area ratio is the y-axis, the binder occupied area ratio increases as the value of the x-axis increases, then decreases and increases again. It can mean a graph showing a trend.
본 출원에서 용어 평균선은 예를 들어, 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율의 산술 평균값을 a라 할 때, 그래프 상에서 y=a로 나타나는 선을 의미할 수 있다. 상기 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율의 산술 평균값은, 예를 들어, 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율 각각의 합을 상기 위치의 총 개수로 나눈 값을 의미할 수 있다. In the present application, the term average line may mean a line represented by y=a on the graph, for example, when a is the arithmetic average value of the ratio of the binder occupied area measured for each location. The arithmetic average value of the ratio of the binder occupied area measured for each location may mean, for example, a value obtained by dividing the sum of each of the ratio of the binder occupied area measured for each location by the total number of the locations.
본 출원에서 용어 마루는, 상기 평균값의 위쪽 방향(평균값보다 바인더 점유 면적 비율이 큰 부분)에 해당되는 영역 중 바인더 점유 면적 비율이 가장 큰 영역을 의미할 수 있다. 하나의 파장 단위 내에 바인더의 점유 면적 비율이 가장 큰 영역이 2개 이상 존재하는 경우, 이 중 x축 값이 가장 큰 영역을 마루라고 한다. 본 출원에서 용어 골은, 상기 평균값의 아래 방향(평균값보다 바인더 점유 면적 비율이 작은 부분)에 해당되는 영역 중 바인더 점유 면적 비율이 가장 작은 영역을 의미할 수 있다. 하나의 파장 단위 내에 바인더의 점유 면적 비율이 가장 작은 영역이 2개 이상 존재하는 경우, 이 중 x축 값이 가장 큰 영역을 마루라고 한다. 본 출원에서 하나의 파장 단위 내에는 마루와 골이 함께 존재할 수 없고, 마루가 2개 이상 존재할 수 없으며, 골이 2개 이상 존재할 수 없다. 즉, 본 출원의 하나의 파장 단위 내에는 1개의 마루만 존재하거나, 1개의 골만 존재할 수 있다. In the present application, the term ridge may mean a region having the largest binder occupied area ratio among regions corresponding to an upward direction of the average value (a portion having a larger binder occupied area ratio than the average value). When two or more regions having the largest ratio of area occupied by the binder exist within one wavelength unit, the region having the largest x-axis value is referred to as a ridge. In the present application, the term valley may mean a region having the smallest binder occupied area ratio among regions corresponding to a downward direction of the average value (a portion having a smaller binder occupied area ratio than the average value). When two or more regions having the smallest ratio of the area occupied by the binder exist within one wavelength unit, the region having the largest x-axis value is referred to as a ridge. In the present application, a peak and a valley cannot exist together within one wavelength unit, two or more peaks cannot exist, and two or more valleys cannot exist. That is, only one peak or only one valley may exist within one wavelength unit of the present application.
본 출원에서 용어 파장 단위는, 상기 파동 그래프와 상기 평균선이 교차하는 임의의 일 지점으로부터 일 방향(좌측 또는 우측 방향)으로 가장 인접한 교차점까지의 영역을 의미할 수 있다(도 4 참조). In the present application, the term "wavelength unit" may refer to an area from an arbitrary point where the wave graph and the average line intersect to the closest intersection point in one direction (left or right direction) (refer to FIG. 4 ).
본 출원에서 용어 파장은, 골과 인접하는 골 간의 거리 및/또는 마루와 인접하는 마루 간 거리를 의미할 수 있다. In the present application, the term "wavelength" may mean a distance between a trough and an adjacent trough and/or a distance between a crest and an adjacent ridge.
본 명세서에서 위치에 따른 바인더의 점유 면적 비율이 파동 그래프를 나타낸다는 것은, 예를 들어, 집전체 표면의 위치에 따라 바인더 점유 면적 비율이 상대적으로 높은 영역들과 낮은 영역들이 반복 배치된다는 것을 의미할 수 있다. 도 4는, 본 출원의 전극에 대해 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율을 나타낸 파동 그래프의 일 예시를 나타낸 것이다. 본 출원의 파동 그래프는, 집전체 표면 상의 임의의 지점으로부터 적어도 일 방향에 대해 도출된 그래프일 수 있다. 상기에서 일 방향은, 좌측, 우측, 위 및/또는 아래 방향을 의미할 수 있으며, 상기 좌측, 우측, 위 및 아래 방향에 대해 도출한 그래프가 모두 파동 그래프를 나타낼 수 있다. In the present specification, the fact that the occupied area ratio of the binder according to the position represents a wave graph means, for example, that regions having a relatively high binder occupied area ratio and regions having a low ratio are repeatedly arranged according to the position of the surface of the current collector. can 4 shows an example of a wave graph showing the ratio of the binder occupied area measured for each position with respect to the electrode of the present application. The wave graph of the present application may be a graph derived from an arbitrary point on the surface of the current collector in at least one direction. In the above, one direction may mean a left, right, up and/or down direction, and all graphs derived for the left, right, up and down directions may represent a wave graph.
본 출원의 전극의 제조 방법은 이와 같이 위치에 따른 바인더의 점유 면적 비율이 마루와 골 등을 가지는 파동 그래프를 나타내도록 바인더의 분포 를 제어함으로써, 활물질층의 패킹(packing) 시 활물질층 내의 전극 활물질 등과 바인더 간의 유효 접착 면적을 높일 수 있고, 이에 따라 활물질층과 집전체 간 또는 전극 활물질 간 접착력을 향상시킬 수 있다. The electrode manufacturing method of the present application controls the distribution of the binder so that the ratio of the area occupied by the binder according to the position shows a wave graph having ridges and valleys as described above, so that the electrode active material in the active material layer is packed during the packing of the active material layer. It is possible to increase the effective adhesion area between the back and the binder, thereby improving the adhesion between the active material layer and the current collector or between the electrode active material.
본 명세서에서 상기 파동 그래프의 마루 부분에서의 바인더의 점유 면적 비율은 예를 들어, 55% 이상 정도일 수 있다. 상기 마루 부분에서의 바인더의 점유 면적 비율은 다른 예시에서, 56% 이상 정도, 57% 이상 정도, 58% 이상 정도, 59% 이상 정도, 60% 이상 정도, 61% 이상 정도, 62% 이상 정도, 63% 이상 정도, 64% 이상 정도, 65% 이상 정도, 66% 이상 정도, 67% 이상 정도, 68% 이상 정도, 69% 이상 정도, 70% 이상 정도, 71% 이상 정도 또는 72% 이상 정도이거나 90% 이하 정도, 85% 이하 정도, 80% 이하 정도 또는 75% 이하 정도일 수 있다. In the present specification, the ratio of the area occupied by the binder in the peak portion of the wave graph may be, for example, about 55% or more. In another example, the proportion of the area occupied by the binder in the floor portion is about 56% or more, about 57% or more, about 58% or more, about 59% or more, about 60% or more, about 61% or more, about 62% or more, About 63% or more, about 64% or more, about 65% or more, about 66% or more, about 67% or more, about 68% or more, about 69% or more, about 70% or more, about 71% or more, or about 72% or more It may be about 90% or less, about 85% or less, about 80% or less, or about 75% or less.
본 명세서에서 상기 파동 그래프의 골 부분에서의 바인더의 점유 면적 비율은 예를 들어, 50% 이하 정도일 수 있다. 상기 골 부분에서의 바인더의 점유 면적 비율은 다른 예시에서, 49% 이하 정도, 48% 이하 정도 또는 47% 이하 정도이거나 10% 이상 정도, 15% 이상 정도, 20% 이상 정도, 25% 이상 정도, 30% 이상 정도, 35% 이상 정도, 40% 이상 정도 또는 45% 이상 정도일 수 있다. In the present specification, the ratio of the area occupied by the binder in the valley portion of the wave graph may be, for example, about 50% or less. In another example, the occupied area ratio of the binder in the valley portion is about 49% or less, about 48% or less, or about 47% or less, or about 10% or more, about 15% or more, about 20% or more, about 25% or more, It may be about 30% or more, about 35% or more, about 40% or more, or about 45% or more.
본 출원의 전극의 제조 방법은 예를 들어, 상기 파동 그래프의 바인더의 점유 면적 비율의 최대값과 바인더의 점유 면적 비율의 최소값의 차이(이하, 최대값과 최소값의 차이라고 기재함)가 9%p 이상일 수 있다. 상기 용어 %p(퍼센트 포인트)는, 두 백분율 간의 산술적 차이를 의미한다. 상기 최대값과 최소값의 차이는 다른 예시에서, 10%p 이상, 11%p 이상, 12%p 이상, 13%p 이상, 14%p 이상, 15%p 이상, 16%p 이상, 17%p 이상, 18%p 이상, 19%p 이상, 20%p 이상, 21%p 이상, 22%p 이상, 23%p 이상, 24%p 이상, 25%p 이상 또는 26%p 이상일 수 있다. 상기 최대값과 최소값의 차이의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 60%p 이하, 55%p 이하, 50%p 이하, 45%p 이하, 40%p 이하, 35%p 이하 또는 30%p 이하일 수 있다. In the electrode manufacturing method of the present application, for example, the difference between the maximum value of the occupied area ratio of the binder and the minimum value of the occupied area ratio of the binder of the wave graph (hereinafter, referred to as the difference between the maximum value and the minimum value) is 9% can be greater than or equal to p. The term %p (percent point) refers to the arithmetic difference between two percentages. In another example, the difference between the maximum value and the minimum value is 10%p or more, 11%p or more, 12%p or more, 13%p or more, 14%p or more, 15%p or more, 16%p or more, 17%p or more. or more, 18%p or more, 19%p or more, 20%p or more, 21%p or more, 22%p or more, 23%p or more, 24%p or more, 25%p or more, or 26%p or more. The upper limit of the difference between the maximum value and the minimum value is not particularly limited, but may be 60%p or less, 55%p or less, 50%p or less, 45%p or less, 40%p or less, 35%p or less, or 30%p or less. can
본 출원에서 상기 파동 그래프의 파장은 예를 들어, 3mm 내지 25mm의 범위 내일 수 있다. 전술한대로 본 출원의 상기 파동 그래프는 이상적인 형태는 아닐 수 있으며, 따라서 상기 파동 그래프의 각 파장은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 본 출원에서 파동 그래프의 파장은 다른 예시에서, 4mm 이상, 5mm 이상, 6mm 이상, 7mm 이상, 8mm 이상, 9mm 이상 또는 10mm 이상이거나 20mm 이하, 19mm 이하, 18mm 이하, 17mm 이하 또는 16mm 이하일 수 있다. In the present application, the wavelength of the wave graph may be, for example, in the range of 3 mm to 25 mm. As described above, the wave graph of the present application may not have an ideal shape, and thus each wavelength of the wave graph may be the same or different from each other. In another example, the wavelength of the wave graph in the present application may be 4 mm or more, 5 mm or more, 6 mm or more, 7 mm or more, 8 mm or more, 9 mm or more, or 10 mm or more, or 20 mm or less, 19 mm or less, 18 mm or less, 17 mm or less, or 16 mm or less.
위와 같이 집전체 표면 상의 임의의 일 방향을 따라서 위치에 따른 바인더의 점유 면적 비율이 파동 그래프를 나타내도록 바인더의 거동을 제어하는 것은, 바인더의 집전체로서 젖음성(wetting)을 향상시킴으로써 접착력을 확보하고자 하는 종래 기술의 개념과는 다르다. 본 출원에서 바인더가 상기와 같은 거동을 나타내는 이유가 명확하게 밝혀진 것은 아니나, 본 출원인은 후술하는 슬러리 조성 및/또는 집전체 표면 특성 등의 제어 등을 통해 집전체 표면에서의 바인더 거동을 상기와 같이 제어할 수 있으며, 바인더 거동을 상기와 같이 제어함으로써, 전극 제조 과정에서 활물질층을 형성하는 전극 활물질 입자 등의 성분과 바인더의 접촉 확률을 높이고, 유효 접착 영역이 적절히 분포되며, 압연 과정에서 적합한 퍼짐이 달성될 수 있다는 것을 확인하였다. 본 출원의 전극은 이를 통해, 상기 활물질층 내의 바인더 함량 대비 높은 수준의 입자간 접착력과 활물질과 집전체간의 접착력을 확보할 수 있고, 이를 통해 고용량이면서 성능 또한 우수한 이차전지 등의 제공이 가능할 수 있다. As described above, controlling the behavior of the binder so that the ratio of the occupied area of the binder according to the position along one direction on the surface of the current collector shows a wave graph is to secure the adhesive force by improving the wetting as the current collector of the binder. It is different from the concept of the prior art. Although the reason why the binder exhibits the above behavior is not clearly clarified in the present application, the present applicant can control the behavior of the binder on the surface of the current collector as described above by controlling the slurry composition and/or current collector surface characteristics, which will be described later. It can be controlled, and by controlling the behavior of the binder as described above, the contact probability of the binder with components such as electrode active material particles forming the active material layer in the electrode manufacturing process is increased, the effective adhesion area is appropriately distributed, and suitable spreading during the rolling process It has been confirmed that this can be achieved. Through this, the electrode of the present application can secure a high level of interparticle adhesion and between the active material and the current collector compared to the binder content in the active material layer, and through this, it is possible to provide a secondary battery with high capacity and excellent performance. .
본 출원의 제조 방법에 의해 제조된 전극은 예를 들어, 표준 박리 시험 후 집전체 표면 상에 바인더의 점유 면적 비율이 60% 이상이고, 하기 식 1을 만족하는 영역이 존재할 수 있다. In the electrode manufactured by the manufacturing method of the present application, for example, a region having a binder occupied area ratio of 60% or more on the surface of the current collector after a standard peeling test and satisfying Equation 1 below may exist.
[식 1][Equation 1]
18 ≤ A/W 18 ≤ A/W
식 1에서 A는 입자상 바인더의 점유 면적의 비율(단위: %)일 수 있고, W는 활물질층 내의 바인더의 함량(중량%)일 수 있다. 식 1에서 A의 단위는 %이고, W의 단위는 중량%일 수 있다. 따라서 식 1의 A/W의 단위는 wt-1(중량-1)일 수 있다. In Equation 1, A may be the ratio (unit: %) of the occupied area of the particulate binder, and W may be the content (weight %) of the binder in the active material layer. In Formula 1, the unit of A may be %, and the unit of W may be weight %. Therefore, the unit of A/W in Equation 1 may be wt -1 (weight -1 ).
상기 활물질층 내 바인더의 함량은, 전극 제조 과정에서의 슬러리의 조성을 아는 경우에 해당 슬러리의 고형분(용매를 제외한 부분) 내에서의 바인더의 함량 비율과 실질적으로 같을 수 있다. 또한, 전극 제조 과정에서의 슬러리의 조성을 모르는 경우에 상기 바인더의 함량은 활물질에 대한 TGA (Thermogravimetric analysis) 분석을 통해 확인할 수 있다. 예를 들어, 바인더로서 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 바인더를 적용하는 경우에 상기 활물질층에 대한 TGA 분석을 수행하여, 분당 10℃의 속도로 승온하여 얻어지는 온도-질량 곡선의 370℃ 내지 440℃ 감소분에서 얻어지는 SBR 바인더의 함량을 통해서 상기 바인더의 함량을 확인할 수 있다.The content of the binder in the active material layer may be substantially the same as the content ratio of the binder in the solid content (part excluding the solvent) of the slurry when the composition of the slurry in the electrode manufacturing process is known. In addition, when the composition of the slurry in the electrode manufacturing process is not known, the content of the binder may be confirmed through thermogravimetric analysis (TGA) analysis of the active material. For example, when a SBR (Styrene-Butadiene Rubber) binder is applied as a binder, a TGA analysis of the active material layer is performed, and the temperature is increased at a rate of 10° C. per minute - 370° C. to 440° C. decrease in the mass curve The content of the binder can be confirmed through the content of the SBR binder obtained in
식 1에서 A/W는 다른 예시에서 19 wt-1 이상, 20 wt-1 이상, 21 wt-1 이상, 22 wt-1 이상, 23 wt-1 이상, 24 wt-1 이상, 25 wt-1 이상, 26 wt-1 이상, 27 wt-1 이상, 28 wt-1 이상, 29 wt-1 이상, 30 wt-1 이상, 31 wt-1 이상, 32 wt-1 이상, 33 wt-1 이상, 34 wt-1 이상, 35 wt-1 이상, 36 wt-1 이상 또는 37 wt-1 이상일 수 있다. 상기 A/W의 상한이 특별히 제한되는 것은 아니나, 80 wt-1 이하, 75 wt-1 이하, 70 wt-1 이하, 65 wt-1 이하, 60 wt-1 이하, 55 wt-1 이하, 50 wt-1 이하, 45 wt-1 이하 또는 40 wt-1 이하일 수 있다. In Equation 1, A/W is 19 wt -1 or more, 20 wt -1 or more, 21 wt -1 or more, 22 wt -1 or more, 23 wt -1 or more, 24 wt -1 or more, 25 wt -1 or more in another example. or more, 26 wt -1 or more, 27 wt -1 or more, 28 wt -1 or more, 29 wt -1 or more, 30 wt -1 or more, 31 wt -1 or more, 32 wt -1 or more, 33 wt -1 or more, 34 wt -1 or more, 35 wt -1 or more, 36 wt -1 or more, or 37 wt -1 or more. The upper limit of the A/W is not particularly limited, but 80 wt -1 or less, 75 wt -1 or less, 70 wt -1 or less, 65 wt -1 or less, 60 wt -1 or less, 55 wt -1 or less, 50 wt -1 or less, 45 wt -1 or less, or 40 wt -1 or less.
본 출원은, 상기 식 1의 A/W 비율을 상기와 같이 제어함으로써, 바인더 함량 대비 우수한 활물질간 및/또는 집전체와 활물질층 간의 접착력을 가지는 전극의 제조 방법을 제공할 수 있다. The present application may provide a method of manufacturing an electrode having excellent adhesion between active materials and/or between a current collector and an active material layer compared to a binder content by controlling the A/W ratio of Equation 1 as described above.
본 출원에서 적용되는 집전체의 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 집전체를 사용할 수 있다. 전술한 파동 그래프와 같은 바인더 거동 등의 구현을 위해서 후술하는 바와 같이 집전체의 표면 특성(수접촉각 등)이 제어될 수 있다. 상기 집전체로는, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리, 카본, 니켈, 티탄, 은으로 표면 처리된 스테인리스 스틸 및 알루미늄-카드뮴 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 되는 필름, 시트 또는 호일을 사용할 수 있다. 목적하는 바인더 분포의 구현을 위해서 상기 집전체 중에서 후술하는 표면 특성을 가지는 것이 선택되거나, 혹은 추가 처리에 의해서 상기 표면 특성이 조절될 수 있다. The type of the current collector applied in the present application is not particularly limited, and a known current collector may be used. In order to implement the binder behavior, such as the aforementioned wave graph, the surface properties (water contact angle, etc.) of the current collector may be controlled as will be described later. As the current collector, for example, at least one selected from the group consisting of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, carbon, nickel, titanium, stainless steel surface-treated with silver and an aluminum-cadmium alloy. films, sheets or foils made of In order to realize a desired binder distribution, one having a surface characteristic to be described later may be selected from among the current collectors, or the surface characteristic may be adjusted by additional treatment.
집전체의 두께 및 형태 등은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 범위 내에서 적정 종류가 선택될 수 있다.The thickness and shape of the current collector are not particularly limited, and an appropriate type may be selected within a known range.
집전체상에 형성되는 활물질층은, 기본적으로 전극 활물질과 바인더를 포함할 수 있다. The active material layer formed on the current collector may basically include an electrode active material and a binder.
상기 바인더로는 공지의 물질을 사용할 수 있고, 활물질층 내에서 활물질 등의 성분들의 결합 및 활물질층과 집전체의 결합에 기여하는 것으로 알려진 성분들을 사용할 수 있다. 적용될 수 있는 바인더로는, PVDF(Poly(vinylidene fluoride)), PVA(poly(vinyl alcohol)), 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합이 사용될 수 있다. A known material may be used as the binder, and components known to contribute to the bonding of components such as the active material in the active material layer and the bonding of the active material layer and the current collector may be used. Examples of binders that can be applied include PVDF (Poly (vinylidene fluoride)), PVA (poly (vinyl alcohol)), polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ether polymer (EPDM). ), sulfonated EPDM, SBR (Styrene-Butadiene rubber), and one or a combination of two or more selected from the group consisting of fluorine rubber may be used.
본 출원의 목적을 보다 효과적으로 달성하기 위해서 바인더로 입자상 바인더를 사용하는 것이 적절하며, 예를 들어, 평균 입경이 50 내지 500nm 정도인 입자상 바인더를 사용하는 것이 적절하다. 본 명세서에서 용어 평균 입경은, 1종의 입자상 바인더(또는 입자상 활물질)에 대해 하기 실시예에 따라 측정한 값을 의미하거나, 2종 이상의 입자상 바인더의 혼합물(또는 입자상 활물질의 혼합물)에 대해 하기 실시예에 따라 측정한 값을 의미하거나, 또는 2종 이상의 입자상 바인더(또는 입자상 활물질) 각각에 대해 하기 실시예에 따라 측정한 값을 중량분율을 감안해 계산한 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 평균 입경이 D1인 입자상 바인더(또는 입자상 활물질)가 W1의 중량으로 존재하고, 평균 입경이 D2인 입자상 바인더(또는 입자상 활물질)가 W2의 중량으로 존재하는 경우에 평균 입경 D는 D=(D1×W1+D2×W2)/(W1+W2)로 규정될 수 있다. 상기 확인 시에 입경 D1 및 D2와 중량 W1 및 W2는 각각 서로 동일 단위의 값이다. 상기 입자상 바인더의 평균 입경은 다른 예시에서 70 nm 이상, 90 nm 이상, 110 nm 이상, 130 nm 이상 또는 140 nm 이상이거나, 450 nm 이하, 400 nm 이하, 350 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하 또는 200 nm 이하 정도일 수도 있다.In order to more effectively achieve the object of the present application, it is appropriate to use a particulate binder as a binder, for example, it is appropriate to use a particulate binder having an average particle diameter of about 50 to 500 nm. In the present specification, the term average particle diameter means a value measured according to the following examples for one kind of particulate binder (or particulate active material), or for a mixture of two or more kinds of particulate binder (or a mixture of particulate active material). It may mean a value measured according to an example, or a value calculated in consideration of a weight fraction of a value measured according to the following examples for each of two or more kinds of particulate binders (or particulate active materials). For example, when the particulate binder (or particulate active material) having an average particle diameter of D1 is present by the weight of W1, and the particulate binder (or particulate active material) having an average particle diameter of D2 is present by the weight of W2, the average particle diameter D is D It can be defined as =(D1×W1+D2×W2)/(W1+W2). In the above confirmation, the particle diameters D1 and D2 and the weights W1 and W2 are values of the same unit. In another example, the average particle diameter of the particulate binder is 70 nm or more, 90 nm or more, 110 nm or more, 130 nm or more, or 140 nm or more, or 450 nm or less, 400 nm or less, 350 nm or less, 300 nm or less, 250 nm or less Alternatively, it may be about 200 nm or less.
또한, 목적하는 바인더 분포 등의 구현을 위해서 상기 바인더로는 후술하는 범위의 용해도 파라미터(solubility parameter)를 가지는 바인더의 사용이 유리할 수 있다.In addition, in order to implement a desired binder distribution, it may be advantageous to use a binder having a solubility parameter in a range to be described later as the binder.
본 출원에서는 활물질층 내에 바인더의 비율을 상대적으로 적게 포함하면서도 높은 수준의 접착력을 확보할 수 있다. 예를 들어, 활물질층 내의 상기 바인더의 비율은 약 0.5 내지 10 중량% 정도일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1 중량% 이상, 1.5 중량% 이상, 2 중량% 이상, 2.5 중량% 이상, 3 중량% 이상, 3.5 중량% 이상 또는 4 중량% 이상 정도의 범위 내 및/또는 9.5 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8.5 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7.5 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6.5 중량% 이하, 6 중량% 이하, 5.5 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 3 중량% 이하 또는 2 중량% 이하 정도의 범위 내에서 추가로 제어될 수도 있다. 활물질층 내의 바인더의 비율(함량)을 확인하는 방식은 상기와 같다.In the present application, it is possible to secure a high level of adhesion while including a relatively small proportion of the binder in the active material layer. For example, the ratio of the binder in the active material layer may be about 0.5 to 10% by weight. The ratio is in the range of 1 wt% or more, 1.5 wt% or more, 2 wt% or more, 2.5 wt% or more, 3 wt% or more, 3.5 wt% or more, or 4 wt% or more and/or 9.5 wt% in another example. or less, 9 wt% or less, 8.5 wt% or less, 8 wt% or less, 7.5 wt% or less, 7 wt% or less, 6.5 wt% or less, 6 wt% or less, 5.5 wt% or less, 5 wt% or less, 4.5 wt% or less It may be further controlled within the range of 4 wt% or less, 3.5 wt% or less, 3 wt% or less, or 2 wt% or less. The method of confirming the ratio (content) of the binder in the active material layer is as described above.
활물질층에 포함되는 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있으며, 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 양극 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1-x-yzCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 < x+y+z ≤ 1을 만족) 등을 포함하는 활물질을 사용할 수 있고, 음극 활물질로는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질 재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 활물질을 사용할 수 있다. The electrode active material included in the active material layer may be a positive active material or a negative active material, and the specific type is not particularly limited. For example, as a positive active material, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 , and LiNi 1-x-yz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are each independently Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, any one selected from the group consisting of Mg and Mo, x, y and z are each independently 0 ≤ 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 < x+y+z ≤ 1), etc.) may be used, and the negative active material includes natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material. ingredient; lithium-containing titanium composite oxide (LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe metals (Me); alloys composed of the metals (Me); oxides (MeOx) of the metals (Me); and an active material comprising at least one selected from the group consisting of a complex of the metal (Me) and carbon.
적절한 바인더 분포의 구현 등을 위해서 전극 활물질로 입자상 활물질을 사용하는 것이 적절하며, 예를 들어, 평균 입경이 1 내지 100μm 정도인 것을 사용하는 것이 적절하다. 상기 평균 입경은 상기 기술한 방식에 따라 측정 또는 계산할 수 있다. 상기 입자상 활물질의 평균 입경은 다른 예시에서 5 μm 이상, 10 μm 이상 또는 15 μm 이상이거나, 90 μm 이하, 80 μm 이하, 70 μm 이하, 60 μm 이하, 50 μm 이하, 40 μm 이하, 30 μm 이하, 25 μm 이하 또는 20 μm 이하 정도일 수도 있다.It is appropriate to use a particulate active material as an electrode active material in order to implement an appropriate binder distribution, for example, it is appropriate to use a particle having an average particle diameter of about 1 to 100 μm. The average particle diameter may be measured or calculated according to the method described above. The average particle diameter of the particulate active material is 5 μm or more, 10 μm or more, or 15 μm or more, or 90 μm or less, 80 μm or less, 70 μm or less, 60 μm or less, 50 μm or less, 40 μm or less, 30 μm or less in another example. , may be on the order of 25 μm or less or 20 μm or less.
적절한 바인더 분포 등의 구현을 위해서 입자상 바인더 및 활물질의 입경 관계가 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 입자상 전극 활물질의 평균 입경(D1, 단위 nm)과 입자상 바인더의 평균 입경(D2, 단위 nm)의 비율(D1/D2)이 10 내지 1,000의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 비율(D1/D2)은 다른 예시에서 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상, 80 이상, 90 이상, 100 이상, 110 이상, 120 이상 또는 130 이상이거나, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하, 500 이하, 400 이하, 300 이하, 200 이하 또는 150 이하 정도일 수 있다.In order to implement an appropriate binder distribution, the particle size relationship between the particulate binder and the active material may be adjusted. For example, the ratio (D1/D2) of the average particle diameter (D1, unit nm) of the particulate electrode active material to the average particle diameter (D2, unit nm) of the particulate binder may be in the range of 10 to 1,000. The ratio (D1/D2) is 20 or more, 30 or more, 40 or more, 50 or more, 60 or more, 70 or more, 80 or more, 90 or more, 100 or more, 110 or more, 120 or more, or 130 or more, or 900 or less in another example. , 800 or less, 700 or less, 600 or less, 500 or less, 400 or less, 300 or less, 200 or less, or 150 or less.
한편, 압연된 활물질층에 대해서 본 명세서에서 언급하는 입자상 바인더 및 활물질의 평균 입경은, 특별히 달리 규정되지 않는 한, 압연된 전극 활물질층인 경우에는, 압연 전 상태에서의 평균 입경을 의미한다.On the other hand, the average particle diameter of the particulate binder and the active material referred to in the present specification for the rolled active material layer, unless otherwise specified, in the case of a rolled electrode active material layer, means the average particle diameter in the state before rolling.
본 출원에서는 활물질층 내에 바인더 함량 비율을 낮춤으로써 상기 활물질을 상대적으로 많이 포함할 수 있으며, 이를 통해 우수한 접착력을 가지는 전극의 제공이 가능하다. In the present application, by lowering the binder content ratio in the active material layer, a relatively large amount of the active material can be included, and through this, an electrode having excellent adhesion can be provided.
예를 들어, 상기 활물질층 내에 상기 활물질은, 상기 바인더 100 중량부 대비 1000 내지 10000 중량부의 범위 내일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1500 중량부 이상, 2000 중량부 이상, 2500 중량부 이상, 3000 중량부 이상, 3500 중량부 이상, 4000 중량부 이상 또는 4500 중량부 이상이거나, 9500 중량부 이하, 9000 중량부 이하, 8500 중량부 이하, 8000 중량부 이하, 7500 중량부 이하, 7000 중량부 이하, 6500 중량부 이하, 6000 중량부 이하 또는 5500 중량부 이하 정도일 수도 있다.For example, the active material in the active material layer may be in the range of 1000 to 10000 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder. In another example, the ratio is 1500 parts by weight or more, 2000 parts by weight or more, 2500 parts by weight or more, 3000 parts by weight or more, 3500 parts by weight or more, 4000 parts by weight or more, or 4500 parts by weight or more, or 9500 parts by weight or less, 9000 parts by weight or more. Hereinafter, the amount may be 8500 parts by weight or less, 8000 parts by weight or less, 7500 parts by weight or less, 7000 parts by weight or less, 6500 parts by weight or less, 6000 parts by weight or less, or 5500 parts by weight or less.
활물질층은 상기 성분 외에도 필요한 다른 성분을 추가로 포함할 수도 있다. 예를 들어, 활물질층은, 도전재를 추가로 포함할 수 있다. 도전재로는, 예를 들어, 집전체 및 전극 활물질의 화학적 변화를 유발하지 않으며서 도전성을 나타내는 것이라면 특별한 제한 없이 공지의 성분을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전재로는, 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 산화무리 폴리페닐렌 유도체 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 등을 사용할 수 있다.The active material layer may further include other necessary components in addition to the above components. For example, the active material layer may further include a conductive material. As the conductive material, for example, a known component may be used without any particular limitation as long as it exhibits conductivity without causing chemical changes in the current collector and the electrode active material. For example, as a conductive material, 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; zinc oxide; Conductive whiskey, such as potassium titanate; One type or a mixture of two or more types selected from a polyphenylene derivative of a conductive metal such as titanium oxide and the like may be used.
도전재의 함량은 필요에 따라 제어되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 활물질 100 중량부 대비 0.1 내지 20 중량부 또는 0.3 내지 12 중량부의 범위 내에서 적정 비율로 포함될 수 있다. 도전재의 함량을 전지의 사이클 수명(cycle life) 등을 고려하여 적정 수준으로 결정하는 방식은 공지이다.The content of the conductive material is not particularly limited as being controlled as needed, but may be included in an appropriate ratio within the range of 0.1 to 20 parts by weight or 0.3 to 12 parts by weight relative to 100 parts by weight of the active material. A method of determining the content of the conductive material to an appropriate level in consideration of the cycle life of the battery and the like is known.
활물질층은 상기 성분에 추가로 필요한 다른 공지의 성분(예를 들어, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC, carboxymethyl cellulose), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈 또는 재생 셀룰로우즈 등의 증점제 등)을 포함할 수도 있다.The active material layer contains other known components (eg, thickeners such as carboxymethyl cellulose (CMC, carboxymethyl cellulose), starch, hydroxypropyl cellulose or regenerated cellulose, etc.) required in addition to the above components. You may.
활물질층의 두께에는 특별한 제한은 없으며, 목적하는 성능을 고려하여 적정 수준의 두께를 가지도록 제어될 수 있다. 상기 활물질층의 두께는 예를 들어, 후술하는 압연을 수행한 이후의 활물질층의 두께를 의미할 수 있다. 활물질층의 두께는 예를 들어, 약 10 내지 500μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 30 μm 이상, 50 μm 이상, 70μm 이상, 90 μm 이상 또는 100 μm 이상 정도이거나, 약 450 μm 이하, 400 μm 이하, 350 μm 이하, 300 μm 이하, 250 μm 이하, 200 μm 이하 또는 150 μm 이하 정도일 수도 있다.The thickness of the active material layer is not particularly limited, and may be controlled to have an appropriate level of thickness in consideration of desired performance. The thickness of the active material layer may mean, for example, the thickness of the active material layer after rolling, which will be described later. The thickness of the active material layer may be, for example, in the range of about 10 to 500 μm. In another example, the thickness is about 30 μm or more, 50 μm or more, 70 μm or more, 90 μm or more, or 100 μm or more, or about 450 μm or less, 400 μm or less, 350 μm or less, 300 μm or less, 250 μm or less, 200 It may be on the order of less than μm or less than 150 μm.
활물질층은, 일정 수준의 공극률을 가지도록 형성될 수 있다. 공극률은 통상 전극의 제조 과정에서 압연에 의해 제어된다. 활물질층은 공극률이 약 35% 이하 정도일 수 있다. 상기 공극률은 33% 이하, 31% 이하, 29% 이하 또는 27% 이하의 범위 내 및/또는 5% 이상, 7% 이상, 9% 이상, 11% 이상, 13% 이상, 15% 이상, 17% 이상, 19% 이상, 21% 이상, 23% 이상 또는 25% 이상의 범위 내에서 추가로 조절될 수도 있다. 상기 공극률을 가지도록 제어되는 압연 공정은 본 출원에서 목적하는 파동 그래프 등을 가지는 바인더 분포의 구현에 기여할 수 있다. 상기에서 공극률은 예를 들어, 압연된 활물질층의 공극률은 활질층의 실제 밀도와 압연 후 밀도의 차이의 비율을 비교하는 방식으로 계산할 수 있으며 이러한 방식은 공지이다.The active material layer may be formed to have a certain level of porosity. The porosity is usually controlled by rolling during the fabrication of the electrode. The active material layer may have a porosity of about 35% or less. The porosity is within the range of 33% or less, 31% or less, 29% or less, or 27% or less and/or 5% or more, 7% or more, 9% or more, 11% or more, 13% or more, 15% or more, 17% or less. It may be further adjusted within the range of at least 19%, at least 21%, at least 23%, or at least 25%. The rolling process controlled to have the porosity may contribute to the realization of a binder distribution having a wave graph desired in the present application. In the above, the porosity is, for example, the porosity of the rolled active material layer can be calculated by comparing the ratio of the difference between the actual density of the active layer and the density after rolling, such a method is known.
이상 기술한 전극은 후술하는 방식으로 제조할 수 있다. 통상 전극은, 슬러리를 집전체에 코팅하고, 건조 후 압연 공정을 거쳐 제조한다. 본 출원에서는 상기 과정에서 슬러리의 조성, 상기 슬러리가 코팅되는 집전체의 표면 특성, 건조 조건 및/또는 압연 조건을 제어함으로써, 목적하는 바인더의 분포를 달성할 수 있다.The above-described electrode may be manufactured in the manner described below. In general, the electrode is manufactured by coating the slurry on the current collector, drying it, and then performing a rolling process. In the present application, by controlling the composition of the slurry, the surface properties of the current collector on which the slurry is coated, drying conditions, and/or rolling conditions in the above process, a desired distribution of the binder may be achieved.
따라서, 본 출원의 제조 방법은, 집전체상에 슬러리의 층을 형성하는 단계를 적어도 포함할 수 있다. 이 때 상기 슬러리는 용매, 바인더 및 전극 활물질을 적어도 포함할 수 있다.Accordingly, the manufacturing method of the present application may include at least the step of forming a layer of the slurry on the current collector. In this case, the slurry may include at least a solvent, a binder, and an electrode active material.
상기 본 출원의 제조 방법에서는 슬러리로서, 상대적으로 극성인 용매 내에 상대적으로 소수성인 바인더를 일정 함량으로 분산시킨 것을 적용할 수 있다. In the manufacturing method of the present application, a slurry in which a relatively hydrophobic binder is dispersed in a predetermined amount in a relatively polar solvent may be applied.
본 출원의 제조 방법에서는 상기와 같은 슬러리로 집전체상에 층을 형성한다. 이 때 슬러리의 층을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 공지의 코팅 방식으로 상기 층을 형성할 수 있다. 이유가 명확한 것은 아니지만, 하기와 같은 조성의 같은 슬러리가 집전체에 코팅되면, 슬러리 내의 바인더의 분산 상태, 슬러리의 용매와 집전체 표면의 친화성(affinity), 집전체 표면과 슬러리의 바인더의 친화성(affinity) 및/또는 입자상 물질이 적용되는 경우에 그들간의 입경 관계 등이 서로 상호 조합되어 목적하는 형태의 바인더 위치를 제어하는 것으로 예상된다. In the manufacturing method of the present application, a layer is formed on the current collector with the slurry as described above. At this time, the method of forming the layer of the slurry is not particularly limited, and, for example, the layer may be formed by a known coating method. Although the reason is not clear, when the same slurry having the following composition is coated on the current collector, the dispersion state of the binder in the slurry, the affinity between the solvent of the slurry and the current collector surface, and the affinity between the current collector surface and the binder of the slurry When affinity and/or particulate matter is applied, it is expected that the particle size relationship between them is combined with each other to control the position of the binder of the desired shape.
예를 들어, 용매와 집전체 표면의 친화성(affinity)은, 상기 집전체 표면상에서의 용매의 접촉각에 영향을 주고, 상기 접촉각은 용매의 증발 시에 모세관 현상(Capillary action) 등에 의해 슬러리 내에 일정 방향의 힘을 형성할 수 있다. 바인더와 용매의 친화성(affinity)과 바인더의 양(또한 입자상 바인더의 경우 그 입경)은 슬러리 내에서의 바인더의 분산 상태에 영향을 주고, 바인더와 집전체 표면의 친화성(affinity)은 슬러리 내에서의 바인더의 분산 상태나 집전체 표면으로의 바인더 분포 형태 등에 영향을 주게 된다.For example, the affinity between the solvent and the surface of the current collector affects the contact angle of the solvent on the surface of the current collector, and the contact angle is constant in the slurry due to capillary action when the solvent is evaporated. directional force can be formed. The affinity of the binder and the solvent and the amount of the binder (and the particle size in the case of a particulate binder) affect the dispersion state of the binder in the slurry, and the affinity between the binder and the surface of the current collector is determined in the slurry. It affects the dispersion state of the binder in
본 출원에서는 후술하는 조성의 슬러리가 후술하는 표면 특성의 집전체상에 형성되었을 때의 바인더의 분산 상태와 용매의 증발 양태, 그에 의해 발생하는 슬러리 내에서의 전단력 등을 통해 목적하는 바인더의 배치가 달성되는 것을 확인하였다.In the present application, the desired binder arrangement is determined through the dispersion state of the binder and the evaporation of the solvent when the slurry of the composition to be described later is formed on the current collector having the surface properties described later, and the shear force in the slurry generated thereby. was confirmed to be achieved.
예를 들어, 상기 제조 공정에 적용되는 슬러리는 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매로는, 통상 전극 활물질 등의 슬러리 성분을 적절하게 분산시킬 수 있는 것이 적용되고, 그 예에는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 아세톤, 디메틸설폭사이드, 포름아미드 및/또는 디메틸포름아미드 등이 예시된다.For example, the slurry applied to the manufacturing process may include a solvent. As the solvent, one capable of properly dispersing slurry components such as electrode active material is usually applied, and examples thereof include water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, dimethyl sulfoxide, formamide and/or dimethylformamide. etc. are exemplified.
본 출원에서는 상기와 같은 용매 중에 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 대략 1.3D 이상인 용매를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 상기 용매의 쌍극자 모멘트는 다른 예시에서 약 1.35D 이상, 1.4 D 이상, 1.45 D 이상, 1.5 D 이상, 1.55 D 이상, 1.6 D 이상, 1.65 D 이상, 1.7 D 이상, 1.75 D 이상 또는 1.8 D 이상 정도의 범위 내 및/또는 5 D 이하, 4.5 D 이하, 4 D 이하, 3.5 D 이하, 3 D 이하, 2.5 D 이하, 2 D 이하 또는 1.9 D 이하 정도의 범위 내에서 추가로 제어될 수 있다. 용매의 쌍극자 모멘트는 용매별로 공지되어 있다. In the present application, it may be necessary to use a solvent having a dipole moment of about 1.3D or more among the solvents described above. In another example, the dipole moment of the solvent is about 1.35 D or more, 1.4 D or more, 1.45 D or more, 1.5 D or more, 1.55 D or more, 1.6 D or more, 1.65 D or more, 1.7 D or more, 1.75 D or more, or 1.8 D or more. and/or 5 D or less, 4.5 D or less, 4 D or less, 3.5 D or less, 3 D or less, 2.5 D or less, 2 D or less, or 1.9 D or less. The dipole moment of a solvent is known per solvent.
상기 슬러리 내에 포함되는 바인더로는 상기 기술한 종류의 바인더 중 적절한 것이 선택되어 사용될 수 있다. 상기 용매 내에서 목적하는 분산 상태를 달성하기 위해서, 상기 바인더로는, 용해도 파라미터(solubility parameter)가 약 10 내지 30 MPa1/2 정도인 바인더를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 상기 용해도 파라미터는 다른 예시에서 11 MPa1/2 이상, 12 MPa1/2 이상, 13 MPa1/2 이상, 14 MPa1/2 이상, 15 MPa1/2 이상 또는 16 MPa1/2 이상이거나, 28 MPa1/2 이하, 26 MPa1/2 이하, 24 MPa1/2 이하, 22 MPa1/2 이하, 20 MPa1/2 이하 또는 18 MPa1/2 이하일 수 있다. 이러한 바인더의 용해도 파라미터는 문헌(예를 들면, Yanlong Luo et al., 2017 등)을 통해 확인할 수 있다. 예를 들면, 상기 언급한 종류의 바인더에서 위와 같은 용해도 파라미터를 가지는 종류가 선택될 수 있다.As the binder included in the slurry, an appropriate one of the above-described types of binders may be selected and used. In order to achieve a desired dispersion state in the solvent, it may be necessary to use a binder having a solubility parameter of about 10 to 30 MPa 1/2 as the binder. In another example, the solubility parameter is 11 MPa1/2 or more, 12 MPa1/2 or more, 13 MPa1/2 or more, 14 MPa1/2 or more, 15 MPa1/2 or more, or 16 MPa1/2 or more, or 28 MPa1/2 or less, 26 MPa1/2 or less, 24 MPa1/2 or less, 22 MPa1/2 or less, 20 MPa1/2 or less, or 18 MPa1/2 or less. The solubility parameter of such a binder can be confirmed through literature (eg, Yanlong Luo et al., 2017, etc.). For example, in the above-mentioned type of binder, a type having the above solubility parameter may be selected.
상기 바인더로는 입자상 바인더를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 그 바인더의 평균 입경(D2)이 역시 입자상인 전극 활물질의 평균 입경(D1)과 상기 언급된 비율(D1/D2)을 나타내는 바인더 또는 상기 언급한 범위의 평균 입경을 가지는 입자상 바인더를 사용하는 것이 목적하는 분산 상태의 달성에 유리할 수 있다.A particulate binder may be used as the binder, for example, a binder having an average particle diameter (D2) of the binder showing the above-mentioned ratio (D1/D2) to the average particle diameter (D1) of the electrode active material, which is also particulate, or It may be advantageous to achieve a desired dispersed state to use a particulate binder having an average particle diameter in the stated range.
바인더의 슬러리 내에서의 함량은 목적하는 분산 상태를 고려하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더는 용매 대비 농도(=100×B/(B+S), B는 슬러리 내에서의 바인더의 중량(g)이고, S는 슬러리 내에서의 용매의 중량(g)이다.)가 0.1 내지 10% 정도가 되도록 슬러리에 포함될 수 있다. 상기 농도는 다른 예시에서 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상 또는 2% 이상이거나, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하 또는 2.5% 이하 정도일 수도 있다.The content of the binder in the slurry may be controlled in consideration of a desired dispersion state. For example, the concentration of the binder relative to the solvent (=100×B/(B+S)), B is the weight (g) of the binder in the slurry, and S is the weight (g) of the solvent in the slurry. ) may be included in the slurry so as to be about 0.1 to 10%. The concentration is 0.5% or more, 1% or more, 1.5% or more, or 2% or more, or 9% or less, 8% or less, 7% or less, 6% or less, 5% or less, 4% or less, 3% or less in another example Or it may be about 2.5% or less.
슬러리는 상기 성분 외에도 상기 전극 활물질을 포함할 수 있다. 전극 활물질로는 상기 기술한 종류 중에서 적정 종류가 선택될 수 있으며, 목적하는 분산 상태로의 기여를 고려하여 전술한 범위 평균 입경(D50 입경)을 가지고, 바인더의 평균 입경과의 비율이 상기 범위 내인 입자 형태의 전극 활물질을 사용할 수 있다.The slurry may include the electrode active material in addition to the above components. As the electrode active material, an appropriate type may be selected from the above-described types, and it has the above-mentioned average particle diameter (D50 particle diameter) in consideration of the contribution to the desired dispersion state, and the ratio with the average particle diameter of the binder is within the above range. An electrode active material in the form of particles may be used.
슬러리 내에서의 전극 활물질의 비율은 상기 활물질층 내에서의 전극 활물질의 비율이 달성될 수 있도록 조절될 수 있다.The ratio of the electrode active material in the slurry may be adjusted so that the ratio of the electrode active material in the active material layer can be achieved.
예를 들면, 상기 슬러리 내에서 상기 전극 활물질은, 상기 바인더 100 중량부 대비 1000 내지 10000 중량부의 범위 내의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1500 중량부 이상, 2000 중량부 이상, 2500 중량부 이상, 3000 중량부 이상, 3500 중량부 이상, 4000 중량부 이상 또는 4500 중량부 이상이거나, 9500 중량부 이하, 9000 중량부 이하, 8500 중량부 이하, 8000 중량부 이하, 7500 중량부 이하, 7000 중량부 이하, 6500 중량부 이하, 6000 중량부 이하, 5500 중량부 이하, 5000 중량부 이하, 4500 중량부 이하, 4000 중량부 이하, 3500 중량부 이하, 3000 중량부 이하 또는 2500 중량부 이하 정도일 수도 있다.For example, in the slurry, the electrode active material may be included in a ratio within the range of 1000 to 10000 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder. In another example, the ratio is 1500 parts by weight or more, 2000 parts by weight or more, 2500 parts by weight or more, 3000 parts by weight or more, 3500 parts by weight or more, 4000 parts by weight or more, or 4500 parts by weight or more, or 9500 parts by weight or less, 9000 parts by weight or more. or less, 8500 parts by weight or less, 8000 parts by weight or less, 7500 parts by weight or less, 7000 parts by weight or less, 6500 parts by weight or less, 6000 parts by weight or less, 5500 parts by weight or less, 5000 parts by weight or less, 4500 parts by weight or less, 4000 parts by weight Hereinafter, the amount may be 3500 parts by weight or less, 3000 parts by weight or less, or about 2500 parts by weight or less.
슬러리는 상기 성분 외에도 목적에 따라서 상기 기술한 도전재, 증점제 등을 포함하는 기타 성분을 포함할 수도 있다.In addition to the above components, the slurry may contain other components including the above-described conductive material and thickener depending on the purpose.
위와 같은 슬러리는 집전체의 표면상에 도포될 수 있다. 이 과정에서 도포 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 도포 방식, 예를 들면, 스핀 코팅, 콤마 코팅, 바 코팅 등의 방식을 적용할 수 있다.The above slurry may be applied on the surface of the current collector. In this process, the coating method is not particularly limited, and a known coating method, for example, spin coating, comma coating, bar coating, etc. may be applied.
상기 슬러리가 도포되는 집전체의 표면 특성이 제어될 수 있다. The surface properties of the current collector to which the slurry is applied may be controlled.
상기 집전체의 표면은 예를 들어, 수접촉각이 25도 이하일 수 있다. 상기 수접촉각은 다른 예시에서, 24도 이하, 23도 이하, 22도 이하 또는 21도 이하의 범위 내 및/또는 1도 이상, 2도 이상, 3도 이상, 4도 이상, 5도 이상, 6도 이상, 7도 이상, 8도 이상, 9도 이상, 10도 이상, 11도 이상, 12도 이상, 13도 이상, 14도 이상, 15도 이상, 16도 이상, 17도 이상, 18도 이상 또는 19도 이상일 수 있다. 상기 수접촉각은 실시예에 기재된 방식으로 측정할 수 있다. The surface of the current collector may have, for example, a water contact angle of 25 degrees or less. The water contact angle is, in another example, within the range of 24 degrees or less, 23 degrees or less, 22 degrees or less, or 21 degrees or less and/or 1 degree or more, 2 degrees or more, 3 degrees or more, 4 degrees or more, 5 degrees or more, 6 degrees More than 7 degrees, more than 8 degrees, more than 9 degrees, more than 10 degrees, more than 11 degrees, more than 12 degrees, more than 13 degrees, more than 14 degrees, more than 15 degrees, more than 16 degrees, more than 17 degrees, more than 18 degrees or 19 degrees or greater. The water contact angle can be measured in the manner described in Examples.
상기 집전체의 표면은 또한 예를 들어, 표면에너지가 40 mN/m 이상일 수 있다. 상기 표면에너지는 다른 예시에서, 45 mN/m 이상, 50 mN/m 이상, 55 mN/m 이상, 60 mN/m 이상, 65 mN/m 이상, 70 mN/m 이상 또는 75 mN/m 이상이거나 200 mN/m 이하, 150 mN/m 이하 또는 100 mN/m 이하일 수 있다. 상기 표면에너지는 실시예에 기재된 방식으로 측정할 수 있다. The surface of the current collector may also have, for example, a surface energy of 40 mN/m or more. The surface energy is, in another example, 45 mN/m or more, 50 mN/m or more, 55 mN/m or more, 60 mN/m or more, 65 mN/m or more, 70 mN/m or more, or 75 mN/m or more, or 200 mN/m or less, 150 mN/m or less, or 100 mN/m or less. The surface energy can be measured in the manner described in Examples.
본 출원의 집전체의 표면은, 예를 들어 극성 에너지가 30 mN/m 이상일 수 있다. 상기 극성 에너지는 다른 예시에서, 32 mN/m 이상, 34 mN/m 이상, 36 mN/m 이상, 38 mN/m 이상, 40 mN/m 이상, 42 mN/m 이상, 44 mN/m 이상, 46 mN/m 이상 또는 48 mN/m 이상이거나, 150 mN/m 이하, 140 mN/m 이하, 130 mN/m 이하, 120 mN/m 이하, 110 mN/m 이하, 100 mN/m 이하, 90 mN/m 이하, 80 mN/m 이하, 70 mN/m 이하 또는 60 mN/m 이하일 수 있다. The surface of the current collector of the present application may have, for example, a polarity energy of 30 mN/m or more. The polarity energy is, in another example, 32 mN/m or more, 34 mN/m or more, 36 mN/m or more, 38 mN/m or more, 40 mN/m or more, 42 mN/m or more, 44 mN/m or more, 46 mN/m or more, or 48 mN/m or less, 150 mN/m or less, 140 mN/m or less, 130 mN/m or less, 120 mN/m or less, 110 mN/m or less, 100 mN/m or less, 90 mN/m or less, 80 mN/m or less, 70 mN/m or less, or 60 mN/m or less.
본 출원의 집전체의 표면은, 예를 들어 분산 에너지가 40 mN/m 이하일 수 있다. 상기 분산 에너지는 다른 예시에서, 38 mN/m 이하, 36 mN/m 이하, 34 mN/m 이하, 32 mN/m 이하, 30 mN/m 이하 또는 28 mN/m 이하이거나, 5 mN/m 이상, 10 mN/m 이상, 15 mN/m 이상, 20 mN/m 이상 또는 25 mN/m 이상일 수 있다.The surface of the current collector of the present application may have, for example, a dispersion energy of 40 mN/m or less. In another example, the dispersion energy is 38 mN/m or less, 36 mN/m or less, 34 mN/m or less, 32 mN/m or less, 30 mN/m or less, or 28 mN/m or less, or 5 mN/m or more , 10 mN/m or more, 15 mN/m or more, 20 mN/m or more, or 25 mN/m or more.
상기에서 표면 에너지, 분산 에너지 및 극성 에너지는, 수접촉각 및 DM 접촉각을 기반으로 WORK(Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) 방식으로 얻을 수 있는 물리량이다. In the above, the surface energy, the dispersion energy, and the polar energy are physical quantities that can be obtained by the WORK (Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) method based on the water contact angle and the DM contact angle.
상기 표면 특성 중 적어도 하나, 혹은 2개 이상 혹은 모두를 만족하는 집전체 표면에 상기 언급한 전극 활물질층을 적용하는 것에 의해 목적하는 바인더 분포 등을 가지는 전극을 제공할 수 있다. By applying the above-mentioned electrode active material layer to the surface of the current collector satisfying at least one, two or more, or all of the surface properties, an electrode having a desired binder distribution and the like can be provided.
상기 기술한 집전체 중에서 상기와 같은 표면 특성을 가지는 집전체가 선택될 수도 있고, 필요한 경우에 집전체의 표면 특성을 제어하기 위해 추가적인 처리가 수행될 수도 있다. A current collector having the above surface properties may be selected from among the current collectors described above, and additional processing may be performed if necessary to control the surface properties of the current collector.
이 때 적용되는 처리의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 업계에서는 집전체 표면 특성을 조절할 수 있는 다양한 처리 방식이 공지되어 있다. The kind of treatment applied at this time is not particularly limited. Various treatment methods are known in the industry for controlling the surface properties of the current collector.
적합한 처리 방식으로는 소위 플라즈마 방식이 예시될 수 있다. 공지된 바와 같이 플라즈마는 기체에 에너지를 가하여 형성하는 전자와 이온이 존재하는 상태이고, 이 플라즈마에 노출됨으로써 집전체의 표면의 수접촉각, 표면에너지, 극성에너지 및/또는 분산에너지 등이 제어될 수 있다. As a suitable processing method, a so-called plasma method can be exemplified. As is known, plasma is a state in which electrons and ions formed by applying energy to a gas exist, and by exposure to this plasma, the water contact angle, surface energy, polarity energy, and/or dispersion energy of the surface of the current collector can be controlled. have.
상기 플라즈마 처리는 예를 들어, 처리 공간 내에 에어(air) 또는 산소를 불활성 가스와 함께 주입하면서 전압을 인가하여 발생시킨 플라즈마에 상기 집전체를 노출시켜서 수행할 수 있다. 이 때 적용될 수 있는 불활성 가스의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 아르곤 가스, 질소 가스 및/또는 헬륨 가스 등이 예시될 수 있고, 바람직하게는 아르곤 가스가 예시될 수 있다. The plasma treatment may be performed by, for example, exposing the current collector to plasma generated by applying a voltage while injecting air or oxygen together with an inert gas into the processing space. At this time, the type of inert gas that can be applied is not particularly limited, but for example, argon gas, nitrogen gas, and/or helium gas may be exemplified, and preferably argon gas may be exemplified.
상기 에어(air) 또는 산소는, 예를 들어, 약 0.01 내지 2 LPM의 유량으로 주입될 수 있다. 상기 주입 유량은, 0.02 LPM 이상, 0.03 LPM 이상, 0.04 LPM 이상, 0.05 LPM 이상, 0.06 LPM 이상, 0.07 LPM 이상, 0.08 LPM 이상 또는 0.09 LPM 이상의 범위 내 및/또는 1.5 LPM 이하, 1 LPM 이하, 0.9 LPM 이하, 0.8 LPM 이하, 0.7 LPM 이하, 0.6 LPM 이하, 0.5 LPM 이하, 0.4 LPM 이하, 0.3 LPM 이하 또는 0.2 LPM 이하의 범위 내에서 조절될 수도 있다. The air or oxygen may be injected, for example, at a flow rate of about 0.01 to 2 LPM. The injection flow rate is 0.02 LPM or higher, 0.03 LPM or higher, 0.04 LPM or higher, 0.05 LPM or higher, 0.06 LPM or higher, 0.07 LPM or higher, 0.08 LPM or higher, or 0.09 LPM or higher and/or 1.5 LPM or lower, 1 LPM or lower, 0.9 It may be adjusted within the range of LPM or less, 0.8 LPM or less, 0.7 LPM or less, 0.6 LPM or less, 0.5 LPM or less, 0.4 LPM or less, 0.3 LPM or less, or 0.2 LPM or less.
또한 상기 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar)은 약 0.1 내지 30 LPM의 범위 내의 유량으로 주입될 수 있다. 상기 주입 유량은 0.5 LPM 이상, 1 LPM 이상, 1.5 LPM 이상, 2 LPM 이상, 2.5 LPM 이상, 3 LPM 이상, 3.5 LPM 이상, 4 LPM 이상, 4.5 LPM 이상, 5 LPM 이상 또는 5.5 LPM 이상의 범위 내 및/또는 25 LPM 이하, 20 LPM 이하, 15 LPM 이하, 10 LPM 이하, 9 LPM 이하, 8 LPM 이하 또는 7 LPM 이하의 범위 내에서 조절될 수도 있다. In addition, the inert gas, for example, argon (Ar) may be injected at a flow rate within the range of about 0.1 to 30 LPM. The injection flow rate is within the range of 0.5 LPM or higher, 1 LPM or higher, 1.5 LPM or higher, 2 LPM or higher, 2.5 LPM or higher, 3 LPM or higher, 3.5 LPM or higher, 4 LPM or higher, 4.5 LPM or higher, 5 LPM or higher, or 5.5 LPM or higher, and /or 25 LPM or less, 20 LPM or less, 15 LPM or less, 10 LPM or less, 9 LPM or less, 8 LPM or less, or 7 LPM or less.
또한, 상기 처리 시에 상기 불활성 가스의 주입 유량(I)과 산소 또는 에어의 주입 유량(O)의 비(I/O)는 예를 들어, 10 내지 1000의 범위 내로 제어될 수 있다. 상기 비율(I/O)는 다른 예시에서, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 50 이상 또는 55 이상이거나 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하, 500 이하, 400 이하, 300 이하, 200 이하, 100 이하, 90 이하, 80 이하 또는 70 이하일 수 있다. In addition, the ratio (I/O) of the injection flow rate (I) of the inert gas and the injection flow rate (O) of oxygen or air during the treatment may be controlled, for example, within the range of 10 to 1000. In another example, the ratio (I/O) is 15 or more, 20 or more, 25 or more, 30 or more, 35 or more, 40 or more, 45 or more, 50 or more, or 55 or more, or 900 or less, 800 or less, 700 or less, 600 or less. , 500 or less, 400 or less, 300 or less, 200 or less, 100 or less, 90 or less, 80 or less, or 70 or less.
산소 또는 에어(air) 및 불활성 가스의 주입 유량은 처리 공간 내의 각 가스의 분압에 영향을 주고, 따라서 생성된 플라즈마의 상태를 좌우할 수 있다. 본 출원에서는 상기와 같은 수준으로 주입 유량을 제어함으로써 목적하는 표면특성을 가지는 집전체를 형성할 수 있는 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다. The injection flow rate of oxygen or air and an inert gas may affect the partial pressure of each gas in the processing space and thus influence the state of the generated plasma. In the present application, by controlling the injection flow rate at the same level as described above, it is possible to efficiently generate plasma capable of forming a current collector having a desired surface characteristic.
적절한 예시에서 상기 플라즈마 처리 시에 처리 공간에는 상기 산소(및/또는 에어) 및 불활성 가스만이 주입될 수 있다. In a suitable example, only the oxygen (and/or air) and the inert gas may be injected into the processing space during the plasma treatment.
상기 플라즈마 처리는 예를 들어, 100W 내지 300W의 범위 내의 전력의 조건 하에서 수행될 수 있다. 상기 전력은 다른 예시에서, 110W 이상, 120W 이상, 130W 이상, 140W 이상, 150W 이상 또는 160W 이상이거나 290W 이하, 280 W 이하, 270 W 이하, 260 W 이하, 250 W 이하, 240 W 이하, 230 W 이하, 220 W 이하, 210 W 이하, 200 W 이하, 190 W 이하 또는 180 W 이하일 수 있다. The plasma treatment may be performed under a condition of power within a range of, for example, 100W to 300W. The power is, in another example, 110 W or more, 120 W or more, 130 W or more, 140 W or more, 150 W or more, or 160 W or more, or 290 W or less, 280 W or less, 270 W or less, 260 W or less, 250 W or less, 240 W or less, 230 W or less, 220 W or less, 210 W or less, 200 W or less, 190 W or less, or 180 W or less.
상기 플라즈마 처리가 예를 들어, 롤투롤(roll-to-roll) 공정 등의 연속 공정으로 수행되는 경우에 집전체의 이동 속도를 조절함으로써 노출 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 처리가 집전체를 처리 공간 내로 일정 속도로 이동시키면서 수행되는 경우, 상기 집전체의 이동 속도는 예를 들어, 약 약 1 내지 100 mm/sec의 범위 내에서 제어될 수 있다. 상기 이동 속도는 다른 예시에서 약 3 mm/sec 이상, 약 5 mm/sec 이상, 약 7 mm/sec 이상 또는 9 mm/sec 이상의 범위 내 및/또는 95 mm/sec 이하, 90 mm/sec 이하, 85 mm/sec 이하, 80 mm/sec 이하, 75 mm/sec 이하, 70 mm/sec 이하, 65 mm/sec 이하, 60 mm/sec 이하, 55 mm/sec 이하, 50 mm/sec 이하, 45 mm/sec 이하, 40 mm/sec 이하, 35 mm/sec 이하, 30 mm/sec 이하, 25 mm/sec 이하, 20 mm/sec 이하, 15 mm/sec 이하 또는 13 mm/sec 이하의 범위 내에서 추가로 조절될 수 있다.When the plasma treatment is performed in a continuous process such as a roll-to-roll process, the exposure time may be controlled by adjusting the moving speed of the current collector. For example, when the plasma treatment is performed while moving the current collector into the processing space at a constant speed, the moving speed of the current collector may be controlled, for example, within a range of about 1 to 100 mm/sec. . In another example, the moving speed is in the range of about 3 mm/sec or more, about 5 mm/sec or more, about 7 mm/sec or more, or 9 mm/sec or more, and/or 95 mm/sec or less, 90 mm/sec or less, 85 mm/sec or less, 80 mm/sec or less, 75 mm/sec or less, 70 mm/sec or less, 65 mm/sec or less, 60 mm/sec or less, 55 mm/sec or less, 50 mm/sec or less, 45 mm /sec or less, 40 mm/sec or less, 35 mm/sec or less, 30 mm/sec or less, 25 mm/sec or less, 20 mm/sec or less, 15 mm/sec or less, or 13 mm/sec or less can be adjusted with
집전체의 이동 속도를 상기 범위로 제어함에 의해서 목적하는 노출 시간을 달성할 수 있다.By controlling the moving speed of the current collector within the above range, a desired exposure time can be achieved.
상기 플라즈마 처리 시에 집전체의 상기 플라즈마로의 노출 시간(T)은 약 0.1초 내지 20초 정도로 제어될 수 있다. 상기 플라즈마 처리 시간(T)은 다른 예시에서, 0.5초 이상, 1초 이상, 1.5초 이상, 2초 이상, 2.5초 이상, 3초 이상, 3.5초 이상, 4초 이상, 4.5초 이상, 5초 이상 또는 5.5초 이상이거나 19초 이하, 18초 이하, 17초 이하, 16초 이하, 15초 이하, 14초 이하, 13초 이하, 12초 이하, 11초 이하, 10초 이하, 9초 이하 또는 8초 이하일 수 있다. In the plasma treatment, the exposure time (T) of the current collector to the plasma may be controlled to about 0.1 seconds to about 20 seconds. The plasma treatment time (T) is in another example, 0.5 seconds or more, 1 second or more, 1.5 seconds or more, 2 seconds or more, 2.5 seconds or more, 3 seconds or more, 3.5 seconds or more, 4 seconds or more, 4.5 seconds or more, 5 seconds or more or 5.5 seconds or more, or 19 seconds or less, 18 seconds or less, 17 seconds or less, 16 seconds or less, 15 seconds or less, 14 seconds or less, 13 seconds or less, 12 seconds or less, 11 seconds or less, 10 seconds or less, 9 seconds or less; or It may be 8 seconds or less.
본 출원은 예를 들어, 상기와 같은 플라즈마 처리에 따라 집전체 표면의 물성을 목적하는 수준으로 제어할 수 있다. In the present application, for example, according to the plasma treatment as described above, the physical properties of the surface of the current collector can be controlled to a desired level.
상기 표면 특성이 조절된 집전체 표면에 슬러리를 도포한 후에 슬러리의 건조 공정이 수행될 수 있다. 건조 공정이 수행되는 조건은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 목적하는 바인더의 위치 등을 고려할 때에 건조 온도를 약 40℃내지 400℃의 범위 내로 조절하는 것이 적절할 수 있다. 상기 건조 온도는 다른 예시에서 약 45℃이상, 약 50℃이상, 약 55℃이상, 약 60℃이상, 약 65℃이상 또는 약 70℃이상 정도이거나, 약 380℃이하, 약 360℃이하, 약 340℃이하, 약 320℃이하, 약 300℃이하, 약 280℃이하, 약 260℃이하, 약 240℃이하, 약 220℃이하, 약 200℃이하, 약 180℃이하, 약 160℃이하, 약 150℃이하, 약 140℃이하, 약 130℃이하, 약 120℃이하, 약 110℃이하, 약 100℃이하, 약 90℃이하 또는 약 80℃이하 정도일 수도 있다.After the slurry is applied to the surface of the current collector whose surface properties are controlled, a drying process of the slurry may be performed. The conditions under which the drying process is performed are not particularly limited, but it may be appropriate to adjust the drying temperature within the range of about 40° C. to 400° C. in consideration of the location of the desired binder. In another example, the drying temperature is about 45 ° C. or higher, about 50 ° C. or higher, about 55 ° C. or higher, about 60 ° C. or higher, about 65 ° C. or higher, or about 70 ° C. or higher, or about 380 ° C. or lower, about 360 ° C. or lower, about 340 ℃ or less, about 320 ℃ or less, about 300 ℃ or less, about 280 ℃ or less, about 260 ℃ or less, about 240 ℃ or less, about 220 ℃ or less, about 200 ℃ or less, about 180 ℃ or less, about 160 ℃ or less, about It may be about 150°C or less, about 140°C or less, about 130°C or less, about 120°C or less, about 110°C or less, about 100°C or less, about 90°C or less, or about 80°C or less.
건조 시간도 목적하는 바인더의 위치 등을 고려한 분산 상태를 고려하여 제어될 수 있으며, 예를 들면, 약 1분 내지 30분의 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 시간은 다른 예시에서 약 2분 이상, 약 3분 이상, 약 4분 이상, 약 5분 이상, 약 6분 이상, 약 7분 이상, 약 8분 이상 또는 약 9분 이상의 범위 내 및/또는 약 25분 이하, 약 20분 이하 또는 약 15분 이하의 범위 내에서 추가로 제어될 수도 있다. The drying time may also be controlled in consideration of the dispersion state in consideration of the desired location of the binder, for example, it may be adjusted within the range of about 1 minute to 30 minutes. In another example, the time is in the range of about 2 minutes or more, about 3 minutes or more, about 4 minutes or more, about 5 minutes or more, about 6 minutes or more, about 7 minutes or more, about 8 minutes or more, or about 9 minutes or more, and/or It may further be controlled within the range of about 25 minutes or less, about 20 minutes or less, or about 15 minutes or less.
건조 공정에 이어서 압연 공정이 수행될 수 있다. 이러한 경우 압연 조건(예를 들면, 압연 시의 압력 등)에 의해서도 바인더의 위치 등이 조절될 수 있다.The drying process may be followed by a rolling process. In this case, the position of the binder may also be adjusted depending on the rolling conditions (eg, pressure during rolling, etc.).
예를 들면, 상기 압연은 압연된 슬러리(활물질층)의 공극률이 상기 기술한 범위 내이도록 수행될 수 있다. For example, the rolling may be performed so that the porosity of the rolled slurry (active material layer) is within the above-described range.
상기 압연된 슬러리(즉, 활물질층)의 두께는 대략 전술한 활물질층의 두께 범위 내이다.The thickness of the rolled slurry (ie, the active material layer) is within the range of the thickness of the active material layer described above.
본 출원의 전극의 제조 공정 중에는 상기 슬러리 코팅, 건조 및 압연 외에도 필요한 추가 공정(예를 들면, 재단 공정 등)이 수행될 수도 있다.During the manufacturing process of the electrode of the present application, in addition to the slurry coating, drying, and rolling, an additional process (eg, a cutting process, etc.) may be performed.
본 출원은 또한 상기와 같은 전극을 포함하는 전기 화학 소자, 예를 들어, 이차 전지에 대한 것이다.The present application also relates to an electrochemical device including the electrode as described above, for example, a secondary battery.
상기 전지 화학 소자는 상기 전극을 양극 및/또는 음극으로 포함할 수 있다. 본 출원의 전극이 음극 및/또는 양극으로 사용되는 한 상기 전기 화학 소자의 다른 구성이나 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식이 적용될 수 있다.The battery chemical device may include the electrode as an anode and/or a cathode. As long as the electrode of the present application is used as a cathode and/or anode, other configurations or methods of manufacturing the electrochemical device are not particularly limited, and a known method may be applied.
본 출원은, 집전체와 활물질층을 포함하는 전극의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 활물질층 내의 바인더 함량 대비 높은 수준의 입자간 접착력과 활물질층과 집전체간의 접착력을 확보할 수 있는 전극의 제조 방법을 제공할 수 있다. The present application relates to a method for manufacturing an electrode including a current collector and an active material layer, and a method for manufacturing an electrode capable of securing a high level of interparticle adhesion and adhesion between the active material layer and the current collector compared to the binder content in the active material layer can provide
도 1은 본 출원의 예시적인 전극의 단면도이다.
도 2는, 종래 기술에서의 활물질층의 형성 상태의 개념도이다.
도 3은, 표준 박리 시험이 수행되는 상태에 대한 개념도이다.
도 4는, 실시예에 대해 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율을 나타낸 파동 그래프이다.
도 5는, 도 4의 A 영역(파동 그래프의 마루 부분의 일 예시)의 바인더 거동을 촬영한 이미지이다(표준 박리 시험 후 촬영).
도 6은, 도 4의 B 영역(파동 그래프의 골 부분의 일 예시)의 바인더 거동을 촬영한 이미지이다(표준 박리 시험 후 촬영).
도 7은, 도 4의 A 영역(파동 그래프의 마루 부분의 일 예시)의 활물질 거동을 촬영한 이미지이다(접착력 측정 후 촬영).
도 8은, 도 4의 B 영역(파동 그래프의 골 부분의 일 예시)의 활물질 거동을 촬영한 이미지이다(접착력 측정 후 촬영).
도 9는, 비교예에 대해 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율을 나타낸 그래프이다.
도 10은, 도 9의 D 영역의 바인더 거동을 촬영한 이미지이다(표준 박리 시험 후 촬영).
도 11는, 도 9의 D 영역의 활물질 거동을 촬영한 이미지이다(접착력 측정 후 촬영).
도 12는, 바인더 거동 및 활물질 거동의 이미지 촬영 방법을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of an exemplary electrode of the present application.
2 is a conceptual diagram of a state in which an active material layer is formed in the prior art.
3 is a conceptual diagram of a state in which a standard peel test is performed.
4 is a wave graph showing the ratio of the area occupied by the binder measured for each location with respect to the Example.
FIG. 5 is an image of the binder behavior of the region A (an example of the peak of the wave graph) of FIG. 4 (taken after a standard peel test).
6 is an image of the binder behavior of the region B of FIG. 4 (an example of a valley portion of the wave graph) (taken after a standard peel test).
FIG. 7 is an image obtained by photographing the behavior of an active material in area A of FIG. 4 (an example of the peak of the wave graph) (photographed after measuring adhesive force).
FIG. 8 is an image obtained by photographing the behavior of an active material in region B of FIG. 4 (an example of a valley portion of the wave graph) (photographed after measuring adhesive force).
9 is a graph showing the ratio of the binder occupied area measured for each location with respect to the comparative example.
10 is an image of the binder behavior of the region D of FIG. 9 (taken after a standard peel test).
11 is an image obtained by photographing the behavior of the active material in the region D of FIG. 9 (photographed after measuring the adhesive force).
12 shows an imaging method of binder behavior and active material behavior.
이하, 실시예 및 비교예를 통해서 본 출원을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through Examples and Comparative Examples, but the scope of the present application is not limited to the following Examples.
평가예 1. 수접촉각 및 표면에너지의 측정Evaluation Example 1. Measurement of water contact angle and surface energy
수접촉각은 Drop shape analyzer기기(제조사: KRUSS, 상품명: DSA100)를 사용하여 3 μl 의 방울을 3μl/s 의 속도로 떨어뜨려 Tangent angle 방식으로 측정하였다. 물과 DM(Diiodomethane)을 같은 방식으로 떨어뜨려 OWRK(Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) 방식으로 표면 에너지를 계산하였다The water contact angle was measured using a drop shape analyzer (manufacturer: KRUSS, trade name: DSA100) by dropping 3 μl of droplets at a rate of 3 μl/s using a tangent angle method. Water and DM (Diiodomethane) were dropped in the same way, and the surface energy was calculated by the OWRK (Owens-Wendt-Rabel-Kaelble) method.
평가예 2. 입자상 바인더 및 전극 활물질의 평균 입경(D50 입경)의 확인Evaluation Example 2. Confirmation of average particle diameter (D50 particle diameter) of particulate binder and electrode active material
입자상 바인더 및 전극 활물질의 평균 입경(D50 입경)은 ISO-13320 규격에 준거하여 Marvern사의 MASTERSIZER3000 장비로 측정하였다. 측정 시 용매로는 물을 사용하였다. 상기 용매 내에 입자상 바인더 등을 분산시키고 레이저를 조사하면, 용매 내에 분산된 바인더 등에 의해 레이저가 산란되게 되고, 상기 산란되는 레이저의 강도와 방향성값은 입자의 크기에 따라서 달라지기 때문에, 이를 Mie 이론으로 분석하여 평균 직경을 구할 수 있다. 상기 분석을 통해 분산된 바인더 등과 동일한 부피를 가진 구의 직경으로의 환산을 통해 입도 분포의 체적 기준 누적 그래프를 구하고, 상기 그래프의 누적 50%에서의 입자 지름(메디안 직경)을 상기 평균 입경(D50 입경)으로 지정하였다.The average particle diameter (D50 particle diameter) of the particulate binder and the electrode active material was measured with Marvern's MASTERSIZER3000 equipment in accordance with ISO-13320 standards. In the measurement, water was used as a solvent. When a particulate binder is dispersed in the solvent and laser is irradiated, the laser is scattered by the binder dispersed in the solvent, and the intensity and directionality of the scattered laser vary depending on the size of the particles, so this is based on the Mie theory. The average diameter can be obtained by analysis. Through the above analysis, a volume-based cumulative graph of the particle size distribution is obtained through conversion to the diameter of a sphere having the same volume as the dispersed binder, and the particle diameter (median diameter) at 50% of the graph is calculated as the average particle diameter (D50 particle diameter) ) was designated.
실시예.Example.
집전체로는 두께 8㎛인 구리 호일(Cu foil)을 사용하였으며, 하기와 같이 아르곤(Ar) 플라즈마 처리하여 그 표면의 표면에너지 및 수접촉각을 조절한 후에 전극의 제조에 적용하였다. As the current collector, a copper foil having a thickness of 8 μm was used, and after argon (Ar) plasma treatment was performed to adjust the surface energy and water contact angle of the surface as follows, it was applied to the manufacture of the electrode.
아르곤 플라즈마 처리는, 챔버 내에 아르곤(Ar)을 6 LPM의 유량으로 주입하고, 산소(O2)를 0.1 LPM의 유량으로 주입하면서, 170W의 전력을 인가하여 발생시킨 플라즈마에 대해 상기 구리 호일을 약 10mm/sec의 속도로 이송시키면서 6초 동안 노출시켜서 수행하였다. In the argon plasma treatment, argon (Ar) is injected into the chamber at a flow rate of 6 LPM, and oxygen (O 2 ) is injected at a flow rate of 0.1 LPM, and the copper foil is applied to the plasma generated by applying power of 170 W. It was carried out by exposing for 6 seconds while conveying at a speed of 10 mm/sec.
상기 수행 후에 집전체 표면의 표면에너지를 상기 평가예 1에 기술한 방식으로 측정하였다. 측정 결과 표면에너지가 77.7 mN/m 였고, 극성 에너지가 50.1 mN/m 였으며, 분산 에너지가 27.6 mN/m 였다. 또한 상기 수행 후의 집전체 표면의 수접촉각은 20 도였다. After the above operation, the surface energy of the surface of the current collector was measured in the manner described in Evaluation Example 1. As a result of the measurement, the surface energy was 77.7 mN/m, the polar energy was 50.1 mN/m, and the dispersion energy was 27.6 mN/m. In addition, the water contact angle of the surface of the current collector after the above operation was 20 degrees.
슬러리로는 물, SBR(Styrene-Butadiene rubber) 바인더, 증점제(CMC, carboxymethyl cellulose) 및 전극 활물질(1)(인조 흑연(GT), 평균 입경(D50 입경): 20 ㎛), 전극 활물질(2)(천연 흑연(PAS), 평균 입경(D50 입경): 15 ㎛)을 48.5 : 1 : 0.5 : 45 : 5 의 중량 비율 (물 : SBR : CMC : 활물질(1) : 활물질 (2))로 포함하는 슬러리를 사용하였다. As the slurry, water, SBR (Styrene-Butadiene rubber) binder, thickener (CMC, carboxymethyl cellulose) and electrode active material (1) (artificial graphite (GT), average particle diameter (D50 particle diameter): 20 μm), electrode active material (2) (Natural graphite (PAS), average particle diameter (D50 particle diameter): 15 μm) in a weight ratio of 48.5: 1: 0.5: 45: 5 (water: SBR: CMC: active material (1): active material (2)) A slurry was used.
상기에서 물은 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 약 1.84 D 정도인 용매이고, SBR 바인더는, 용해도 파라미터가 약 16.9 MPa1/2 정도인 바인더이다. 상기 SBR 바인더의 용해도 파라미터는 Yanlong Luo et al, 2017에 기재된 값이다. 또한, 상기 SBR 바인더는 입자상 바인더로서, 평균 입경(D50 입경, 메디안 입경)은, 약 150 nm 정도였다. In the above, water is a solvent having a dipole moment of about 1.84 D, and the SBR binder is a binder having a solubility parameter of about 16.9 MPa 1/2 . The solubility parameter of the SBR binder is the value described in Yanlong Luo et al, 2017. In addition, the SBR binder was a particulate binder, and had an average particle diameter (D50 particle diameter, median particle diameter) of about 150 nm.
이어서, 상기 슬러리를 갭 코팅의 방식으로 상기 아르곤 플라즈마 처리된 집전체의 표면에 280 ㎛ 정도의 두께로 도포하고, 약 75℃의 온도에서 약 10분 간 건조하였다. Then, the slurry was applied to a thickness of about 280 μm on the surface of the current collector treated with argon plasma by a gap coating method, and dried at a temperature of about 75° C. for about 10 minutes.
건조 후 상기 슬러리의 두께는 약 180 ㎛ 정도였고, 통상적인 전극용 압연기로 상기 건조된 슬러리층을 최종 두께가 약 110 ㎛ 정도이고, 공극률이 약 26% 정도가 되도록 압연하여 활물질층을 형성하였다. After drying, the thickness of the slurry was about 180 μm, and the dried slurry layer was rolled to a final thickness of about 110 μm and a porosity of about 26% with a conventional electrode rolling mill to form an active material layer.
상기 활물질층의 공극률은 실제 밀도와 압연 후 밀도의 차이의 비율을 비교하는 방식으로 계산한 값이다. 또한 슬러리의 조성을 고려할 때에 상기 전극의 활물질층 내의 SBR 바인더의 함량은 약 1.94 중량% 정도이고, 전극 활물질의 함량은 약 97 중량% 정도이다.The porosity of the active material layer is a value calculated by comparing the ratio of the difference between the actual density and the density after rolling. In addition, when considering the composition of the slurry, the content of the SBR binder in the active material layer of the electrode is about 1.94 wt%, and the content of the electrode active material is about 97 wt%.
비교예.comparative example.
두께 8㎛의 구리 호일(foil)에 대해 Ethyl TMS(Ethyl Trimethoxylsilane) 코팅을 수행한 것을 제외하고는 실시예과 동일한 방식으로 전극을 제조하였다. An electrode was manufactured in the same manner as in Example, except that Ethyl TMS (Ethyl Trimethoxylsilane) coating was performed on a copper foil having a thickness of 8 μm.
상기 Ethyl TMS 코팅은, 용매인 에탄올에 Ethyl TMS를 1 중량% 정도의 농도로 분산시킨 코팅액을 상기 구리 호일의 일면에 약 10㎛의 두께로 도포하는 방식으로 수행되었으며, 상기 도포는 바 코터를 사용하여 진행하였다. 이어서 약 100℃의 온도에서 5분 가량 어닐링(annealing)하고, 에탄올로 세척한 후에, 약 100℃의 온도에서 5분 정도 건조하는 과정을 통해 코팅층을 형성하였다. The Ethyl TMS coating was performed by applying a coating solution in which Ethyl TMS was dispersed in ethanol as a solvent at a concentration of about 1% by weight on one side of the copper foil to a thickness of about 10 μm, and the application was performed using a bar coater. and proceeded. Subsequently, a coating layer was formed through annealing at a temperature of about 100° C. for about 5 minutes, washing with ethanol, and drying at a temperature of about 100° C. for about 5 minutes.
상기 수행 후에 Ethyl TMS 코팅된 집전체 표면의 표면에너지를 상기 평가예 1에 기술한 방식으로 측정하였다. 측정 결과 집전체의 표면에너지는 29.7 mN/m 였고, 극성 에너지는 1.4 mN/m 였으며, 분산 에너지는 28.3 mN/m 였다. 또한 상기 수행 후의 집전체 표면의 수접촉각은 95도였다.After the above operation, the surface energy of the surface of the current collector coated with Ethyl TMS was measured in the manner described in Evaluation Example 1. As a result of the measurement, the surface energy of the current collector was 29.7 mN/m, the polar energy was 1.4 mN/m, and the dispersion energy was 28.3 mN/m. In addition, the water contact angle of the surface of the current collector after the above operation was 95 degrees.
시험예 1. 표준 박리 시험Test Example 1. Standard Peel Test
압연 후 전극을 가로가 20mm 정도이고, 세로가 100mm 정도인 크기로 재단하여 샘플을 얻었다. 상기 샘플에 대해 표준 박리 시험을 수행하였다. 표준 박리 시험은, 3M사의 스카치 매직 테이프 Cat. 810R을 사용하여 수행하였다. After rolling, the electrode was cut to a size of about 20 mm in width and about 100 mm in length to obtain a sample. A standard peel test was performed on the sample. The standard peeling test was performed by 3M's Scotch Magic Tape Cat. 810R was used.
샘플의 활물질층상에 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R을 무게 1kg, 반경 50mm, 폭 40mm의 롤러를 이용하여 1회 왕복하여 밀어줌으로써 부착하였다. 이 때 상기 스카치 매직 테이프는 가로가 10mm 정도이고, 세로가 60mm 정도가 되도록 재단하여 사용하였으며, 도 3에 나타난 바와 같이 약 20mm 정도의 길이로 스카치 매직 테이프 및 전극 활물질층을 크로스되도록 부착하고, 돌출된 부위를 잡고 박리하였다. 이 때 박리 속도 및 박리 각도는 약 20mm/sec 정도의 속도 및 약 30도 정도의 각도로 하였다. 박리 시마다 새로운 스카치 테이프로 교체하여 사용하였다. 스카치 매직 테이프의 표면에 활물질층의 성분이 묻어나오지 않을때까지 상기 과정을 반복하였다. 활물질층의 성분이 묻어나오는지 여부는 육안으로 관찰하여 미사용 테이프 대비 명암이 실질적으로 변하지 않은 경우에 활물질층의 성분이 묻어나오지 않는 것으로 판정하였다. On the active material layer of the sample, the Scotch Magic Tape Cat. The 810R was attached by reciprocating and pushing once using a roller having a weight of 1 kg, a radius of 50 mm, and a width of 40 mm. At this time, the scotch magic tape was cut to have a width of about 10 mm and a length of about 60 mm, and as shown in FIG. 3 , the scotch magic tape and the electrode active material layer were cross-attached to a length of about 20 mm. The affected area was grabbed and peeled off. At this time, the peeling speed and the peeling angle were set to a speed of about 20 mm/sec and an angle of about 30 degrees. A new scotch tape was used every time it was peeled off. The above process was repeated until the components of the active material layer did not come off on the surface of the Scotch Magic Tape. Whether or not the components of the active material layer bleed out was observed with the naked eye to determine that the components of the active material layer did not bleed when the contrast was not substantially changed compared to the unused tape.
시험예 2. 위치별 바인더 거동 및 점유 면적 비율의 확인Test Example 2. Confirmation of binder behavior and occupied area ratio by location
표준 박리 시험을 수행한 후 얻어진 집전체 샘플(가로: 20mm 정도, 세로: 100mm 정도) 표면에 대하여 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 기기(제조사: HITACHI, 상품명: S4800)를 이용해 위치별 바인더 거동에 대한 이미지를 촬영하였다. For the surface of the current collector sample (width: about 20mm, length: about 100mm) obtained after performing the standard peeling test, a FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) device (manufacturer: HITACHI, trade name: S4800) was used to position binders Images were taken for the behavior.
상기 이미지는 도 12와 같은 방식으로 측정하였다. 상기 이미지는 샘플 표면의 특정 지점(도 12의 a)을 출발점으로 하여 측정하였다. 상기 출발점으로부터 우측 방향으로 상기 샘플 표면의 각 영역이 중복되지 않도록 가로 및 세로의 길이가 각각 약 0.5mm 정도인 정사각형 영역(도 12의 파란색 점선으로 표시된 정사각형)에 대해 촬영하였다. 그 결과, 총 40개의 이미지를 얻었다(배율: 500배). The image was measured in the same manner as in FIG. 12 . The image was measured using a specific point on the sample surface (FIG. 12 a) as a starting point. In the right direction from the starting point, a square area (square indicated by a blue dotted line in FIG. 12) having a horizontal and vertical length of about 0.5 mm each was taken so that each area of the sample surface did not overlap. As a result, a total of 40 images were obtained (magnification: 500x).
이어서 각 이미지에 대해서 Image J software(제조사: Image J)의 Trainable Weka Segmentation Plug-in을 사용하여 바인더가 존재하는 영역과 바인더가 존재하지 않는 영역을 구분하고, 바인더의 점유 면적 비율을 확인하였다. 상기 과정에서 브라이트니스(Brightness)를 기준으로 하여 브라이트니스가 96 이하인 경우를 바인더가 존재하는 영역으로 하고, 브라이트니스가 96 초과인 경우를 바인더가 존재하지 않는 영역으로 하였다. Then, for each image, using the Trainable Weka Segmentation Plug-in of Image J software (manufacturer: Image J), the area in which the binder exists and the area in which the binder does not exist were distinguished, and the ratio of the area occupied by the binder was confirmed. In the above process, based on the brightness (Brightness), a case where the binder was present was defined as a case where the brightness was 96 or less, and a case where the brightness was greater than 96 was set as an area where the binder was not present.
상기와 같은 방식으로 각 이미지에 대해 바인더가 존재하는 영역의 면적 및 바인더가 존재하지 않는 영역의 면적을 확인하고, (바인더가 존재하는 영역의 면적×100)/(바인더가 존재하는 영역의 면적+바인더가 존재하지 않는 영역의 면적)의 식을 통해 바인더 점유 면적 비율을 각각 도출하였다. In the same manner as above, for each image, the area of the region where the binder is present and the area of the region where the binder does not exist are checked, and (area of the region where the binder is present × 100)/(the area of the region where the binder is present + The ratio of the area occupied by the binder was derived through the formula of the area in which the binder does not exist).
그 후 상기 출발점으로부터 측정 영역의 거리(위치)를 x축으로 하고, 바인더 점유 면적 비율을 y축으로 한 위치별 바인더 점유 면적 비율 그래프를 도출하였다. Thereafter, a graph of the binder occupied area ratio for each location was derived with the distance (position) of the measurement region from the starting point as the x-axis and the binder occupied area ratio as the y-axis.
또한 상기 각 그래프 내에서의 바인더 점유 면적 비율의 최대값과 최소값 및 최대값과 최소값 간의 차이를 하기 표 1에 나타내었다. In addition, the maximum value and the minimum value of the binder occupied area ratio in each graph, and the difference between the maximum value and the minimum value are shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
그 결과, 실시예에 대해 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율을 나타낸 그래프는 도 4와 같이 파동 그래프로 나타남을 확인할 수 있었다. 이 때, 도 4에 따른 파동 그래프의 파장은 약 12mm 정도였고, 바인더 점유 면적 비율의 최대값과 최소값 간의 차이가 26.2%p로 비교예 대비 큰 것을 확인할 수 있었다. 한편, 비교예에 대해 위치별로 측정한 바인더 점유 면적 비율을 나타낸 그래프는 도 9와 같이 나타나 파장을 확인할 수 없었다. As a result, it was confirmed that the graph showing the ratio of the area occupied by the binder measured by location for the Example was shown as a wave graph as shown in FIG. 4 . At this time, the wavelength of the wave graph according to FIG. 4 was about 12 mm, and it was confirmed that the difference between the maximum value and the minimum value of the binder occupied area ratio was 26.2%p, which was larger than that of the comparative example. On the other hand, a graph showing the ratio of the area occupied by the binder measured by location for the comparative example was shown in FIG. 9 , and the wavelength could not be confirmed.
시험예 3. 접착력의 측정Test Example 3. Measurement of Adhesive Force
압연 후 전극을 가로가 20mm 정도이고, 세로가 100mm 정도인 크기로 재단하여 샘플을 얻었다. 상기 샘플에 대해 공지의 활물질층 접착력 측정 방법에 따라 접착력을 측정하였다. 접착력 측정 시에 박리 각도는 90도로 하고, 박리 속도는 5 mm/sec 정도로 하였다. 측정 후에 peak가 안정화된 부분을 평균 내어 접착력으로 정의하였다.After rolling, the electrode was cut to a size of about 20 mm in width and about 100 mm in length to obtain a sample. Adhesion strength was measured for the sample according to a known method for measuring the adhesive strength of the active material layer. When measuring the adhesive force, the peeling angle was 90 degrees, and the peeling rate was about 5 mm/sec. After the measurement, the portion where the peak was stabilized was averaged and defined as the adhesive force.
실시예 및 비교예의 전극에 대해 상기 기술한 방식으로 측정한 접착력을 하기 표 2에 기재하였다. The adhesive force measured in the above-described manner for the electrodes of Examples and Comparative Examples is shown in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
접착력 확인 결과, 활물질층 내의 SBR 바인더의 함량, 전극 활물질의 함량 등이 동일함에도 불구하고, 상이한 바인더 분포 등에 의해 활물질층과 집전체 간의 접착력이 상이한 것을 확인할 수 있었다. 특히 도 4와 같은 바인더 거동을 보인 실시예의 경우, 비교예에 비해 우수한 접착력을 나타내었다. As a result of confirming the adhesive strength, it was confirmed that the adhesive strength between the active material layer and the current collector was different due to different binder distributions, although the content of the SBR binder and the content of the electrode active material in the active material layer were the same. In particular, in the case of the example showing the binder behavior as shown in FIG. 4, the adhesive strength was excellent compared to the comparative example.
시험예 4. 위치별 활물질 거동 확인Test Example 4. Confirmation of the behavior of the active material by location
접착력 측정 후 얻어진 집전체 샘플(가로: 20mm 정도, 세로: 100mm 정도) 표면에 대하여 Confocal laser spectro microscope(제조사: Keyenece, 제품명: VK-X200)을 이용해 위치별 활물질 거동에 대한 이미지를 촬영하였다. On the surface of the current collector sample (width: about 20mm, length: about 100mm) obtained after measuring the adhesive force, an image of the behavior of the active material by location was taken using a confocal laser spectro microscope (manufacturer: Keyenece, product name: VK-X200).
상기 이미지는 도 12과 같은 방식으로 측정하였다. 상기 이미지는 샘플 표면의 특정 지점(도 12의 a)을 출발점으로 하여 측정하였다. 상기 출발점으로부터 우측 방향으로 상기 샘플 표면의 각 영역이 중복되지 않도록 가로 및 세로의 길이가 각각 약 0.5mm 정도인 정사각형 영역(도 12의 파란색 점선으로 표시된 정사각형)에 대해 촬영하였다. 그 결과, 총 40개의 이미지를 얻었다(배율: 200배). The image was measured in the same manner as in FIG. 12 . The image was measured using a specific point on the sample surface (FIG. 12 a) as a starting point. In the right direction from the starting point, a square area (square indicated by a blue dotted line in FIG. 12) having a horizontal and vertical length of about 0.5 mm each was taken so that each area of the sample surface did not overlap. As a result, a total of 40 images were obtained (magnification: 200x).
실시예에 대해 촬영한 활물질 거동 이미지를 도 7(파동 그래프의 마루 부분의 일 예시) 및 도 8(파동 그래프의 골 부분의 일 예시)에 나타내었다. 또한 비교예에 대해 촬영한 활물질 거동 이미지의 일 예시를 도 11에 나타내었다. The behavioral images of the active material taken for Examples are shown in FIGS. 7 (an example of the peak of the wave graph) and FIG. 8 (an example of the valley of the wave graph). In addition, an example of an active material behavior image taken for the comparative example is shown in FIG. 11 .
100: 집전체
200: 활물질층
300: 스카치 매직 테이프
1001: 전극 활물질
2001: 바인더100: current collector
200: active material layer
300: Scotch Magic Tape
1001: electrode active material
2001: Binder
Claims (16)
상기 슬러리는, 용매; 용해도 파라미터가 10 내지 30 MPa1/2의 범위 내인 바인더 및 전극 활물질을 포함하며,
상기 슬러리의 층이 형성되는 집전체의 표면의 표면 에너지는 40 mN/m 이상인 전극의 제조 방법.forming a layer of slurry on the current collector;
The slurry may include a solvent; It contains a binder and an electrode active material having a solubility parameter in the range of 10 to 30 MPa 1/2 ,
The surface energy of the surface of the current collector on which the layer of the slurry is formed is 40 mN/m or more.
하기 표준 박리 시험 후 상기 집전체 표면 상의 일 방향을 따라서 위치에 따른 상기 바인더의 점유 면적 비율이 파동 그래프를 나타내는 전극을 제조하는 전극의 제조 방법:
표준 박리 시험: 상기 활물질층상에 스카치 매직 테이프 Cat. 810R을 부착 후 떼어내는 것을 상기 스카치 매직 테이프 Cat. 810R상에 상기 활물질층의 성분이 확인되지 않을 때까지 반복.
According to claim 1, Current collector; and an electrode active material layer present on one surface of the current collector and including an electrode active material and a binder,
A method of manufacturing an electrode in which the ratio of the area occupied by the binder according to the position along one direction on the surface of the current collector after the following standard peel test shows a wave graph:
Standard Peel Test: Scotch Magic Tape Cat. After attaching the 810R, peel it off using the Scotch Magic Tape Cat. Repeat until the component of the active material layer is not confirmed on 810R.
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2021
- 2021-01-29 KR KR1020210013322A patent/KR20220109831A/en unknown
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