KR20230033001A - 건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극 - Google Patents

건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극 Download PDF

Info

Publication number
KR20230033001A
KR20230033001A KR1020220110411A KR20220110411A KR20230033001A KR 20230033001 A KR20230033001 A KR 20230033001A KR 1020220110411 A KR1020220110411 A KR 1020220110411A KR 20220110411 A KR20220110411 A KR 20220110411A KR 20230033001 A KR20230033001 A KR 20230033001A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode film
dry
preliminary
dry electrode
Prior art date
Application number
KR1020220110411A
Other languages
English (en)
Inventor
신동목
곽상민
신동오
유광호
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to US17/957,169 priority Critical patent/US20230114069A1/en
Publication of KR20230033001A publication Critical patent/KR20230033001A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 전극 제조 방법은 전극 필름 제조시 시트형으로 성형된 예비 전극 필름(pre-electrode film)의 표면을 연마하여 표면파형(waviness)을 제거하고 이후 캘린더링 공정을 수행함으로써 전극 필름의 두께와 전극 필름 내 전극 활물질의 밀도의 균일성을 확보할 수 있다. 즉, 로딩량, 공극율 및 두께 등 전극의 위치별 편차가 최소화되며 이에 전지 수명 특성 개선 등 전반적인 전기화학적 성능이 개선되는 효과가 있다.

Description

건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극 {Method of manufacturing an electrode comprising a dry electrode film and an electrode for an electrochemical device therefrom}
본 발명은 건식 전극 필름을 포함하는 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 또한, 상기 방식으로 제조된 것으로서 두께 및 에너지 밀도가 균일한 건식 전극 필름을 포함하는 전기화학소자용 전극에 대한 것이다.
화석 연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다. 현재 이러한 전기 화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다. 이러한 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 모바일 기기의 에너지원뿐 아니라, 최근에는, 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차의 동력원으로서의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있다. 이러한 리튬 이차전지의 제조 공정은 크게 전극 제조 공정, 전극 조립체 제조 공정, 화성 공정의 3단계로 구분된다. 상기 전극 제조 공정은 다시 전극 합제 혼합 공정, 전극 코팅 공정, 건조 공정, 압연 공정, 슬리팅 공정, 권취 공정 등으로 구분된다. 이 중, 전극 합제 혼합 공정은, 전극에서 실제 전기화학 반응이 일어나는 전극 활성층 형성을 위한 성분들을 배합하는 공정으로서, 상세하게는 전극의 필수 요소인 전극 활물질과 기타 첨가제인 도전재와 충진재, 분체간 결착과 집전체에 대한 접착을 위한 바인더, 및 점도 부여와 분체 분산을 위한 용매 등을 혼합하여 유동성을 가지는 슬러리의 형태로 제조하는 것이다.
이와 같이 전극 활성층을 형성을 위해 혼합된 조성물을 넓은 의미에서 전극 합제(electrode mixture)라고 지칭하기도 한다. 이후, 전극 합제를 전기 전도성이 있는 집전체 상에 도포하는 전극코팅 공정과, 전극 합제에 함유되어 있던 용매를 제거하기 위한 건조 공정이 수행되고, 추가적으로 전극이 압연되어 소정의 두께로 제조된다.
한편, 상기 건조 과정에서 전극 합제에 함유되어 있던 용매가 증발함에 따라 기 형성된 전극 활성층에 핀홀이나 크랙과 같은 결함이 유발될 수 있다. 또한, 활성층의 내, 외부가 균일하게 건조되는 것은 아니어서, 용매 증발 속도 차이에 의한 분체 부유 현상, 즉, 먼저 건조되는 부위의 분체들이 떠오르면서 상대적으로 나중에 건조되는 부위와 간극을 형성하여 전극 품질이 저하될 수도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 활성층의 내, 외부가 균일하게 건조되도록 하면서도, 용매의 증발 속도를 조절할 수 있는 건조 장치 등이 고려되고 있으나, 이러한 건조 장치들은 매우 고가이고 운용에도 상당한 비용과 시간이 소요되는 바, 제조 공정성 측면에서 불리한 점이 있다. 따라서, 최근에는 용매를 사용하지 않는 건식 전극을 제조하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
상기 건식 전극은 일반적으로 집전체 상에, 전극 활물질, 바인더, 도전재 등을 포함하고 시트 형태로 제조된 프리 스탠딩 타입의 전극 필름을 라미네이션함으로써 제조된다. 이러한 건식 전극 필름은 먼저, 전극 활물질, 도전재로서 카본재료, 및 섬유화 가능한 바인더를 함께 블렌더 등으로 혼합하고, 젯-밀링(Jet-milling)이나 니딩과 같은 공정을 통해 전단력을 부여하여 바인더를 섬유화한 뒤, 수득된 혼합물을 필름 형태로 캘린더화하여 프리 스탠딩 필름을 제조하는 과정을 포함한다. 그러나, 이러한 건식 혼합물에 캘린더링의 방법을 적용하여 전극 필름을 제조하는 경우 전극 합제 분체의 투입 균일성, 가압 롤의 진원도 및 장비의 진동, 갭 변화, 압력 변화 등의 다양한 이유로 두께의 균일성 확보에 어려움이 있었다. 또한, 이후 추가적인 캘린더링 공정이 진행되더라도 분체 압착공정 초기에 발생한 두께 편차가 해소되지 않고 지속되었다. 이를 해소하기 위해서 캘린더링 공정시 압력을 높이는 방법이 고려되었으나, 두께 편차가 해소되더라도 국소적으로 활물질이 밀집되는 부분이 발생하게 되어 전극 전체적으로 에너지 밀도가 균일하지 않은 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 건식 전극 제조 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 두께 및 에너지 밀도가 균일한 건식 전극 필름을 포함하는 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 방법에 의해서 수득된 전기화학소자용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면은 건식 전극의 제조 방법에 대한 것으로서, 상기 방법은
(S10) 건식 전극 필름 제조용 전극 합제 분체가 압착되어 소정 두께를 갖는 시트(sheet) 형태의 예비 전극 필름으로 가공되는 압착 단계;
(S20) 상기 (S10)에서 수득된 예비 전극 필름의 일측 표면 또는 양측 표면을 연마하는 연마 단계; 및 (S30) 상기 (S20)에서 연마된 예비 전극 필름을 캘린더링하여 건식 전극 필름을 제조하는 캘린더링 단계; 를 포함한다.
본 발명의 제2 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 (S30)으로부터 수득된 건식 전극 필름은 복수의 임의의 지점의 두께 측정 결과로부터 얻어진 두께의 표준 편차가 2.5㎛ 미만인 것이다.
본 발명의 제3 측면은, 상기 제2 측면에 있어서, 상기 (S30)으로부터 수득된 건식 전극 필름은 복수의 임의의 지점에서의 측정 두께 중 최대 두께(TMax)와 최소 두께(TMin)의 차이(|TMax-TMin|)가 5㎛ 미만인 것이다.
본 발명의 제4 측면은, 상기 제1 측면에 있어서, 상기 전극 합제 분체는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지는 미세 피브릴화 공정 처리가 되어 있는 것이다.
본 발명의 제5 측면은, 상기 제4 측면에 있어서, 상기 바인더 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)를 포함하는 것이다.
본 발명의 제6 측면은, 상기 제1 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S10)은 분체 압축 성형 장치에 의해서 수행되며 상기 분체 압축 성형 장치는 서로 마주보는 두 개의 가압 롤러를 포함하는 롤 프레스부를 포함하며, 상기 전극 합제 분체는 상기 가압 롤러 사이로 투입되는 것이다.
본 발명의 제7 측면은, 상기 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S30)의 캘린더링은 캘린더 장치에 의해서 수행되며 상기 캘린더 장치는 서로 마주보는 두 개의 가압 롤러를 포함하는 롤 프레스부를 포함하며 상기 예비 전극 필름이 상기 롤 프레스부에 의해서 압연되는 것이다.
본 발명의 제8 측면은, 상기 제7 측면에 있어서, 상기 캘린더 장치는 2개 이상 이상의 롤 프레스부를 포함하며 상기 예비 전극 필름은 둘 이상의 롤 프레스부에 의한 다단 압연 패스를 통해 캘린더링 되는 것이다.
본 발명의 제9 측면은, 상기 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S20)의 연마 단계는 연마 부재가 예비 전극 필름의 일측 표면과 접촉하며 상기 예비 전극 필름의 표면으로부터 소정 깊이까지 연마되는 방식으로 수행되는 것이다.
본 발명의 제10 측면은, 상기 제9 측면에 있어서, 상기 예비 전극 필름의 타측 표면의 상기 연마 부재와 대응되는 위치에 백업 부재가 배치되어 상기 예비 전극 필름을 상기 연마 부재 방향으로 가압 지지하는 것이다.
본 발명의 제11 측면은, 상기 제1 내지 제10 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S20)의 연마 단계는 예비 전극 필름의 양측 표면에 대해서 수행되는 것이며, 예비 전극 필름의 일측 표면에 대해서 수행된 이후 이의 타측 표면에 대해서 순차 수행되는 것이다.
본 발명의 제12 측면은, 상기 제9 측면에 있어서, 상기 연마 부재는 표면에 연마재를 포함하는 연마 패드가 구비되어 있는 것이다.
본 발명의 제13 측면은, 상기 제1 내지 제12 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 건식 전극 분체는
(a) 전극 활물질, 도전재, 및 바인더 수지를 포함하는 분말상의 혼합물을 제조하는 과정; (b) 상기 분말상의 혼합물을 70℃ 내지 200℃의 범위에서 혼련하여 혼합물 덩어리를 제조하는 과정; 및 (c) 상기 혼합물 덩어리를 분쇄하여 전극 분체를 수득하는 과정;을 포함하는 방법에 의해서 제조된 것이다.
본 발명의 제14 측면은, 건식 전극 필름에 대한 것으로서, 상기 건식 전극 필름은 상기 제1 측면 내지 제13 측면 중 어느 하나에 따른 방법에 의해서 제조된 것이며, 복수의 임의의 지점에서의 두께 측정 결과로부터 얻어진 두께의 표준 편차가 2.5㎛ 미만인 것이다.
본 발명의 제15 측면은, 상기 제14 측면에 있어서, 복수의 임의의 지점에서 측정된 두께 중 최대 두께(TMax)와 최소 두께(TMin)의 차이(|TMax-TMin|)가 5㎛ 미만인 것이다.
본 발명의 제16 측면은 전기화학소자용 전극에 대한 것으로서, 상기 전극은 집전체 및 상기 집전체의 일측면 또는 양측면 상에 건식 전극 필름이 배치되어 있으며, 상기 건식 전극 필름은 상기 제1 측면 내지 제13 측면 중 어느 하나에 따른 방법에 의해서 제조된 것이다.
본 발명의 제17 측면은 이차 전지에 대한 것으로서, 상기 이차 전지는 상기 제16 측면에 따른 것이며, 상기 건식 전극은 양극이며, 상기 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극 조립체가 리튬 함유 비수계 전해질과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 것이다.
본 발명의 전극 제조 방법은 전극 필름 제조시 시트형으로 성형된 예비 전극 필름(pre-electrode film)의 표면을 연마하여 표면파형(waviness)을 제거하고 이후 캘린더링 공정을 수행함으로써 전극 필름의 두께와 전극 필름 내 전극 활물질의 밀도의 균일성을 확보할 수 있다. 즉, 로딩량, 공극율 및 두께 등 전극의 위치별 편차가 최소화되며 이에 전지 수명 특성 개선 등 전반적인 전기화학적 성능이 개선되는 효과가 있다.
도 1은 건식 전극의 제조 방법을 공정 단계별로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 건식 건극 제조 공정 중 분체 압착 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 건식 전극 제조 공정 중 예비 전극 필름의 표면 연마 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 건식 전극 제조 공정 중 캘린더링 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 5는 종래 건식 전극 제조 공정 중 연마 공정이 수행되지 않고 제조된 전극 필름에 두께 불균일이 해소되지 않고 잔존하는 문제를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 및 비교예의 두께를 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도 7은 실시예 및 비교예의 전극 저항을 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도 8은 실시예 및 비교예의 계면 저항을 측정한 결과를 나타내는 표이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후, 내, 외와 같은 방향을 나타내는 용어는 설명의 편의를 위해 기재된 것이며 기준이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
본 발명은 자립형(free standing type)의 전극 필름을 포함하는 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 상기 전극 필름은 아래 설명하는 바와 같이 건식 제조 공정에 의해서 제조되는 것이다. 본 명세서에서 상기 용어 '자립형'은 다른 부재에 의존하지 않고 단독의 형태를 유지할 수 있으며 그 자체로 취급이 가능한 것을 의미한다.
한편, 상기 전극 필름은 전기화학소자용 전극에 적용될 수 있다. 상기 전기화학소자는 예를 들어 이차 전지일 수 있으며, 상기 이차 전지는 더욱 구체적으로는 리튬이온 이차전지일 수 있다.
다음으로 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 전극 제조 방법은,
건식 전극 필름 제조용 전극 합제 분체가 압착되어 소정 두께를 갖는 시트(sheet) 형태의 예비 전극 필름으로 가공되는 압착 단계(S10);
상기 (S10)에서 수득된 예비 전극 필름의 일측 표면 또는 양측 표면을 연마하는 연마 단계(S20); 및
상기 (S20)에서 연마된 예비 전극 필름을 캘린더링하여 건식 전극 필름을 제조하는 캘린더링 단계(S30); 를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 건식 전극 필름은 예비 전극 필름의 표면을 연마하여 표면파형(waviness)을 해소하고 이후 캘린더링 공정이 수행된 것으로서 두께 및 밀도 균일성이 높다.
본 명세서에서 상기 표면파형(waviness)은 표면 거칠기보다 주기가 길고 진폭이 큰 기복이나 불규칙적으로 발생되는 돌출부를 의미한다.
본 명세서에서, 상기 용어 '예비 전극 필름'은 건식 전극 필름을 제조하기 위해 전극 합제 분체가 압착되어 시트 형상으로 성형된 압착물인 것으로서 상기 (S30) 단계의 캘린더링이 수행되기 전 상태를 의미하며, 상기 용어는 최종적으로 수득된 건식 전극 필름과 구별하기 위해서 명세서 기재 편의상 사용한다. 즉, 상기 예비 전극 필름은 상기 (S30) 단계의 캘린더링 단계가 수행됨으로써 본 발명에 따른 건식 전극 필름으로 제조되는 중간체인 인 것이다.
다음으로 각 단계에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 건식 전극 필름 제조용 전극 합제 분체를 압착하여 소정 두께를 갖는 시트(sheet) 형태의 예비 전극 필름을 만든다(S10);
본 발명에 있어서, 상기 전극 합제 분체는 복수의 미립자들의 집합체인 분말상인 것이다. 상기 전극 합제는 이를 구성하는 각 미립자들이 전극 활물질, 도전재, 및 바인더 중 적어도 1종 또는 이 중 선택된 2종 이상의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 미립자는 입경이 10㎛ 내지 2,000㎛ 일 수 있다. 상기 미립자의 입경이 상기 범위를 만족하는 경우 균일한 두께와 밀도의 필름 형성과 우수한 물성 확보에 유리하다. 상기 입경이 10㎛에 미치지 못하는 경우, 캘린더링 공정에서 롤러에 묻어 나오거나 바인더 섬유에 의해 잘 연결되지 않아 탈리되는 등 필름화에 참여하기 어렵고 기계적 강도가 저하되는 등 제조된 건식 전극 필름의 물성을 저해할 수 있다. 한편, 상기 입경이 2,000㎛를 초과하는 경우에는 건식 전극 필름의 균일도가 확보되기 어렵다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 미립자들의 입경은 PSD(Particle size distribution)을 통해 확인할 수 있다. 상기 PSD는 체분급에 의해 측정되는 입도 분포를 의미하는 것이다. 상기 PSD는 예를 들어 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의해서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법은 측정 대상 분말을 분산매 중에 분산시킨 후, 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치(예를 들어 Microtrac S3500)에 도입하여 입자들이 레이저빔을 통과할 때 입자 크기에 따른 회절패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출하는 것이다.
상기 예비 전극 필름은 소정 두께를 갖는 시트(sheet)의 형태로 준비될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 예비 전극 필름은 롤투롤(roll to roll) 연속 공정에 의해서 제조되는 것으로서 종횡비가 1을 초과하는 스트립(strip)의 형태를 갖는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 예비 전극 필름은 두께가 50㎛ 내지 2,000㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 (S10)의 예비 전극 필름의 제조는 상기 전극 합제 분체를 분체 압축 성형 장치 공급하고 공급된 재료를 열압착하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 분체 압축 성형 장치는 서로 마주보는 두 개의 가압 롤러를 포함하는 롤 프레스부를 포함하며, 상기 전극 합제 분체가 상기 가압 롤러 사이로 투입되고 상기 가압 롤러에 의해 압착되어 시트 형태로 성형된다. 도 2는 상기 압착 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 대면하는 한 쌍의 가압 롤러 사이에 전극 합제 분체가 투입되고 압착에 의해서 시트 형태의 예비 전극 필름이 수득된다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 롤러의 온도는 50℃ 내지 200℃의 범위로 제어될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 롤 프레스부의 가압 롤러의 회전 속도비는 1:1 내지 1:3의 범위로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극 합제 분체는 상기 분체 압축 성형 장치의 전방 스트림에 배치된 재료 투입 장치(미도시)를 통해 상기 성형 장치로 공급될 수 있다. 상기 재료 투입 장치는 재료를 수납하는 용기, 외부에서 상기 용기 내로 재료가 공급되는 공급부 및 상기 용기에서 캘린더 장치로 재료가 공급되는 토출부가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 전극 합제 분체는 아래와 같은 방법으로 제조될 수 있다.
우선 전극 활물질, 도전재 및 바인더 수지의 혼합물을 준비한다. 이때, 상기 혼합물을 제조하기 위한 혼합은 상기 전극 활물질, 도전재, 및 바인더 수지가 균일하게 분포할 후 있도록 수행되는 것이며, 분말상으로 혼합되므로, 이들의 단순한 혼합을 가능하게 하는 것이라면 한정되지 아니하고, 다양한 방법에 의해 혼합될 수 있다. 다만, 본원 발명은 용매를 사용하지 않는 건식 전극으로 제조되므로, 상기 혼합은 건식 혼합으로 수행될 수 있고, 블렌더와 같은 기기에 상기 물질들을 투입하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 혼합은, 균일성을 확보하기 위해 혼합기에서 5,000rpm 내지 20,000rpm으로 30초 내지 2분, 상세하게는 10,000rpm 내지 15,000rpm으로 30초 내지 1 분동안 혼합하여 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 바인더 수지는 상기 혼합물의 준비 과정 및/또는 후술하는 섬유화 과정에 의해서 피브릴화 가능한 것이면 특정한 것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 피브릴화는 고분자 중합체를 세화 분할하는 처리를 말하며, 예를 들어 기계적인 전단력 등을 사용하여 수행될 수 있다. 이렇게 피브릴화된 중합체 섬유는, 그 표면이 풀어져서 미세 섬유(피브릴)가 다수 발생한다. 이러한 바인더 수지의 비제한적인 예로 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리올레핀, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, 상세하게는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함할 수 있으며, 더욱 상세하게는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)은, 전체 바인더 중량을 기준으로 60중량% 이상으로 포함될 수 있다. 한편, 이때, 상기 바인더에는 PEO(polyethylene oxide), PVdF(polyvinylidene fluoride) 및 PVdF-HFP(polyvinylidene fluoride-cohexafluoropropylene) 등이 추가로 포함될 수 있음은 물론이다.
상기 건식 전극은 양극일 수 있고, 활물질은, 양극 활물질일 수 있다.
상기 양극 활물질은, 리튬 전이금속 산화물 또는 리튬 금속 철인산화물, 금속 산화물 형태라면 한정되지 아니하고, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 리튬 금속 인산화물 LiMPO4 (여기서, M은 M = Fe, CO, Ni, 또는 Mn임), 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또는, 상기 건식 전극은 음극일 수 있고, 활물질은, 음극 활물질일 수 있다. 상기 음극 활물질은, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x ≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SiO, SiO/C, SiO2 등의 실리콘계 산화물; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
다만, 상기 건식 전극은, 상세하게는 양극일 수 있고, 따라서, 활물질은 상세하게는, 양극 활물질일 수 있으며, 더욱 상세하게는, 리튬 전이금속 산화물, 리튬 니켈-망간-코발트 산화물, 리튬 니켈-망간-코발트 산화물에 일부가 다른 전이금속으로 치환된 산화물, 리튬 철인산화물 등일 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분체 등의 금속 분체; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으나, 상세하게는, 도전재의 균일한 혼합과, 전도성의 향상을 위해, 활성카본, 흑연, 카본블랙, 및 카본나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 상세하게는, 활성카본을 포함할 수 있다.
상기 활물질, 도전재, 및 바인더의 혼합비는, 활물질 : 도전재 : 바인더가 중량비로 80 내지 98중량% : 0.5 내지 10 중량% : 0.5 내지 10중량%로 포함될 수 있고, 상세하게는, 85 내지 98중량% : 0.5 내지 5 중량% : 0.5 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 바인더의 함량이 너무 많은 경우에는 바인더가 이후 공정에서 과도하게 섬유화되면서, 공정에 영향이 갈 수 있으며, 너무 적은 경우에는 충분한 섬유화가 이루어지지 못해, 혼합물 덩어리를 형성할 정도로 응집되지 못하거나 건식 전극 필름이 제조되기 어렵거나 건식 전극 필름의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 범위를 벗어나, 도전재의 함량이 너무 많은 경우, 상대적으로 활물질의 함량이 감소해 용량 감소 문제가 있으며, 너무 적은 경우에는 충분한 전도성을 확보할 수 없거나 건식 전극 필름의 물성이 저하될 수 있는 바, 바람직하지 않다.
한편, 경우에 따라서는, 상기 혼합물에 전극의 팽창을 억제하는 성분인 충진제가 추가로 투입될 수 있으며, 상기 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
다음으로, 상기에서 수득된 이러한 혼합물에 대해서 바인더 수지를 섬유화시키기 위한 섬유화 공정이 수행된다. 상기 섬유화 공정으로는 고전단 믹싱(예를 들어 젯-밀 방법)이 수행될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 섬유화 공정으로 저전단 혼련의 방법이 적용될 수 있으며 예를 들어, 니더(kneader)와 같은 반죽기를 통해 수행될 수 있다. 이러한 혼련에 의해서 바인더가 섬유화되면서 상기 전극 활물질 및 도전재 분체들을 결합 또는 연결되어 고형분 100%의 혼합물 덩어리가 형성될 수 있다.
상기 혼련은 10rpm 내지 100rpm의 속도로 제어될 수 있다. 예를 들어 상기 혼련은 상기 범위 내에서 40rpm 이상 또는 70rpm이하의 속도로 제어될 수 있다. 상기 혼련은 1분 내지 30분동안 수행될 수 있다. 예를 들어 상기 범위 내에서 40rpm 내지 70rpm의 속도로 3분 내지 7분동안 수행될 수 있다. 한편, 상기 혼련은 전단율이 10/s 내지 500/s의 범위로 제어될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 혼련은 1분 내지 30분동안 수행될 수 있으며 전단율은 30/s 내지 100/s의 범위로 제어될 수 있다.
또한, 이러한 혼련 단계는, 고온 조건하에서 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 혼련은 상기 혼합물을 50℃ 내지 230℃의 범위, 상세하게는, 90℃ 내지 200℃에서 수행될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 낮은 온도에서 수행하는 경우, 혼련 시 바인더의 섬유화 및 혼련에 의한 덩어리화가 잘 이루어지지 않아, 캘린더링 시 필름화가 용이하게 이루어지지 않고, 너무 높은 온도에서 수행하는 경우에는, 바인더의 섬유화가 급격히 일어나고 이후 과한 전단력에 의해 이미 형성된 섬유가 절단될 수 있는 문제가 있는 바, 바람직하지 않다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 혼련 단계는 상압 또는 상압 이상의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상세하게는 1atm 내지 3atm의 압력 하, 더욱 상세하게는 1.1atm 내지 3atm의 압력 하에서 수행될 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 너무 높은 압력에서 수행하는 경우에는 과한 전단력과 압력이 가해져 형성된 섬유가 절단되거나 혼합물 덩어리의 밀도가 너무 높아질 수 있는 문제가 있을 수 있으므로 바람직하지 않다.
다음으로, 상기 혼련의 단계를 통해 제조된 혼합물 덩어리를 다시 분쇄하여 분말상의 전극 합제를 얻는 단계가 수행된다.
상기 혼련을 통해 제조된 혼합물 덩어리를 바로 캘린더화할 수도 있으나, 이 경우, 강한 압력과 고온에서 혼합물 덩어리를 눌러 얇은 필름 형태로 제조해야 할 수 있고, 이에 따라, 필름의 밀도가 너무 높아지거나 균일한 필름을 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 이에 상기와 같이 제조된 혼합물 덩어리를 분쇄하여 분말상의 전극 합제를 제조한다.
이때, 상기 분쇄는 한정되지 아니하나 블렌더 또는 그라인더 등과 같은 기기로 수행될 수 있고, 상기 분쇄는 구체적으로, 5,000rpm 내지 20,000rpm의 속도로 30 초 내지 10분, 상세하게는 10,000rpm 내지 18,000rpm의 속도로 30초 내지 1분동안 수행될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 낮은 rpm으로 수행되거나 짧게 수행되는 경우에는 충분한 분쇄가 이루어지지 않아 필름화하기에 부적절한 크기의 분체가 생길 수 있는 문제가 있고, 너무 높은 rpm으로 수행되거나 길게 수행하면, 혼합물 덩어리에서 미분이 많이 발생할 수 있는 바, 바람직하지 않다.
한편, 상기 (S10) 단계를 통해 예비 전극 필름을 수득한 후 이의 일측 표면 또는 양측 표면을 연마하는 연마 단계가 수행된다(S20).
분말 상태의 전극 합제를 압착하여 시트형으로 성형하는 경우, 전극 합제 분체의 투입 균일성, 가압 롤의 진원도 및 장비의 진동, 갭 변화, 압력 변화 등의 다양한 이유로 전극 위치별로 두께가 일정하지 않다. 본 명세서에서는 이러한 두께 편차를 표면파형이라고 지칭하여 설명한다. 이후 예비 전극 필름에 대해서 캘린더링 공정이 진행되더라도 분체 압착공정 초기에 발생한 두께 편차가 해소되지 않고 최종 결과물에 잔존하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해서 캘린더링 공정시 고압을 인가하는 경우 표면파형은 해소되더라도 국소적으로 활물질이 밀집되는 부분이 발생하게 되어 전극 전체적으로 에너지 밀도의 불균일이 초래된다. 이에 본 발명은 압착된 예비 전극 필름에 대해서 표면 연마 공정을 수행하여 압착 공정시 발생된 표면파형을 제거한다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 표면 연마 공정은 표면에 연마재를 포함하는 연마 패드가 구비된 연마 부재를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 연마 부재를 예비 전극 필름의 일측 표면과 접촉하게 하여 예비 전극 필름의 표면으로부터 소정 깊이까지 연마되도록 한다. 상기 연마 부재는 예비 전극 필름과의 마찰에 의해서 예비 전극 필름의 표면을 소정 깊이로 연마할 수 있는 것이면 특별한 재료나 성분으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 연마 패드는 연마재로 사포(sand paper), 산업용 다이아몬드 연마재 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시양태에 있어서, 상기 연마재로 사포가 사용될 수 있으며, 예를 들어 220방 내지 1000방의 입도를 갖는 사포가 사용될 수 있다. 220방보다 큰 입도를 갖는 사포를 사용할 경우, 예비 전극 필름의 표면 조도가 고르지 않게 될 수 있고, 1000방보다 작은 입도를 갖는 사포를 사용할 경우, 상기 표면 연마 공정을 수행하는 시간이 오래 걸리거나, 연마가 충분히 되지 않을 수 있다. 그러나 이에 특별히 한정되는 것은 아니며, 전극 활물질 입자의 입도나 전극용 분체의 입자의 입도를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 사포의 소재는 탄화 규소, 용융 알루미나 등일 수 있다.
한편, 상기 예비 전극 필름의 타측 표면의 상기 연마 부재와 대응되는 위치에 백업 부재가 배치될 수 있다. 상기 백업 부재는 상기 예비 전극 필름을 연마 부재 방향으로 가압 지지하는 것이다. 이와 같이 백업 부재를 이용해서 연마되는 면의 반대면을 연마면 방향으로 가압 지지하여 연마되는 면이 연마 부재와 더욱 밀착하도록 하며 이때 반대면으로부터 인가되는 압력에 의해서 피연마면으로 표면파형이 두드러지게 나타나 연마에 의해서 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 표면 연마는 예비 전극 필름의 적어도 일측 표면에 대해서 수행될 수 있다. 또는 상기 예비 전극 필름의 양측 표면에 대해서 모두 수행될 수 있다. 이와 같이 양측 표면에 모두 연마 공정이 수행되는 경우에는 일측 표면에 대해서 연마 공정이 수행된 이후에 타측 표면에 대해서 수행될 수 있다. 또한 타측 표면에 대해서 연마 공정이 수행되는 경우에도 피연마면의 반대면에 백업 부재를 배치하고 피연마면 방향으로 가압 지지하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 연마 부재와 백업 부재 사이의 거리는, 표면 연마 공정이 수행되기 전 예비 전극 필름의 두께에 대응하여 설정될 수 있으며, 예를 들어, 표면 연마 공정이 수행되기 전 예비 전극 필름의 두께 중 가장 최소값으로 설정될 수 있다. 연마 부재와 백업 부재 사이의 거리가 상기 범위를 만족하는 경우, 예비 전극 필름의 표면 파형이 효과적으로 제거될 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우에는 예비 전극 필름의 표면 파형이 충분히 제거되지 않을 수 있다. 반면, 상기 범위에 미치지 못하는 경우에는 예비 전극 필름이 파단될 우려가 있다. 한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 연마 부재의 종류 및/또는 압력 등의 연마 공정에 수반되는 공정 조건은 예비 건식 전극 필름 및 최종적으로 수득된 건식 전극 필름이 소정 규격을 만족하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 연마 공정은 수득된 예비 전극 필름에 있어서, 두께의 표준 편차가 3㎛ 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 두께의 표준 편차가 2.5㎛ 미만, 바람직하게는 2㎛ 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다.
본 발명의 더욱 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 연마 공정은 수득된 예비 전극 필름에 있어서, 최소 두께(TMin) 및 최대 두께(TMax)의 차이인 |TMax -TMin|가 15㎛ 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 최소 두께 및 최대 두께의 차이인 |TMax -TMin|가 10㎛ 미만, 바람직하게는 5㎛ 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다.
한편, 상기 최소 두께 및 최대 두께의 차이인 |TMax -TMin| 및 두께의 표준 편차는 각 예비 전극 필름 및 건식 전극 필름에 대해서 복수의 임의의 지점에 대해 두께를 측정하고, 이들 값으로부터 산출될 수 있다. 예를 들어서, 상기 각 예비 전극 필름 및 건식 전극 필름에 대해서 3점 이상, 5점 이상, 7점 이상 또는 9점 이상의 지점에서 두께를 측정하고 이들 값으로부터 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 양극 활물질로 화학식 LiNi1-xMxO2로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 사용하는 경우, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 전극 저항의 표준 편차가 2.0 Ohm·cm 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다. 상기 화학식에서 M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, x는 0.01 ~ 0.3일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 양극 활물질로 LiNi1-xMxO2로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 사용하는 경우, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 계면 저항의 표준 편차가 0.008 Ohm·cm 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다. 상기 화학식에서 M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, x는 0.01 ~ 0.3일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 양극 활물질로 리튬 금속 인산화물 LiMPO4 (여기서, M은 M = Fe, CO, Ni, 또는 Mn임)을 사용하는 경우, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 전극 저항의 표준 편차가 0.08 Ohm·cm 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 양극 활물질로 리튬 금속 인산화물 LiMPO4 (여기서, M은 M = Fe, CO, Ni, 또는 Mn임)을 사용하는 경우, 상기 연마는 수득된 건식 전극 필름에 있어서, 계면 저항의 표준 편차가 0.03 Ohm·cm 미만으로 제어될 수 있도록 공정 조건이 제어될 수 있다.
한편, 상기 전극 저항 및 계면 저항은 건식 전극 필름에 대해서 복수의 임의의 지점에 대해 두께를 측정하고, 이들 값으로부터 산출될 수 있다. 예를 들어서, 상기 건식 전극 필름에 대해서 3점 이상, 5점 이상, 7점 이상 또는 9점 이상의 지점에서 두께를 측정하고 이들 값으로부터 산출될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 표면 연마는 연마 롤러를 이용하여 수행될 수 있다. 도 3은 본 발명의 연마 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 상기 예비 전극 필름의 일측 표면이 연마 롤러(buffing roll)와 접촉하고 연마 롤러와의 마찰에 의해서 표면파형이 제거된다. 상기 연마 공정에서 상기 예비 전극 필름은 롤투롤 방식에 의해서 연속적으로 이송되며 연마 롤러는 예비 전극 필름의 이동 방향과 반대 방향으로 빠르게 회전하면서 표면을 연마한다. 한편, 상기 예비 전극 필름은 피연마면의 반대면의 연마 롤러와 대응되는 위치에 배치된 백업 롤러(back up roll)에 의해서 연마 롤러 방향으로 가압 지지되고 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 연마 공정 수행시 연마 롤러의 직경은 50pi(φ) 내지 300pi(φ)일 수 있다. 상기 연마 공정 수행시 연마 롤러의 회전 속도는 100 rpm 내지 2000 rpm 일 수 있으며, 연마 부재의 연마 속도는 0.5 m/min 내지 10 m/min 일 수 있다.
이와 같이 연마 공정에 의해서 표면의 두께 편차가 제거된 이후 상기 예비 전극 필름을 캘린더링하여 자립형의 건식 전극 필름을 수득한다(S30).
상기 캘린더링은, 상기 예비 전극 필름을 가압하여 두께를 조절하고 소망하는 수준의 기계적 강도를 갖는 건식 전극 필름을 제조하는 단계이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 건식 전극 필름의 두께는 50 ㎛ 내지 300㎛의 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 캘린더링은 두 개의 롤러가 마주보도록 배치되어 있는 롤 프레스부를 포함하는 캘린더 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 롤 프레스부는 연속적으로 복수 개 배치되어 있을 수 있다. 이때 각 롤 프레스부는 각각 독립적으로 두 롤러의 회전 속도비가 1:1 내지 1:10의 범위 내에서 적절하게 제어될 수 있다. 예를 들어서 어느 하나 이상의 롤 프레스부에서 두 롤러의 회전 속도비가 1:1 내지 1:3의 비율로 제어되는 것이다. 상기 캘린더링 공정은 상기 건식 전극 필름이 소망하는 두께를 가질 때까지 1회 또는 2회 이상 복수회 수행될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 롤러의 온도는 50℃ 내지 200℃의 범위로 제어될 수 있다
도 4는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 캘린더링 공정을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 캘린더링 한 쌍의 압연 롤러(Calender roll) 사이로 예비 전극 필름이 통과되면서 두께가 조절된다. 이때 상기 예비 전극 필름은 연마 공정에 의해서 표면파형이 제거된 것으로서 상기 캘린더링 공정에 의해서 두께나 로딩량, 기공도 등의 측면에서 균일도가 높은 건식 전극 필름이 수득된다. 도 5는 종래 건식 전극 필름의 제조 방법에 대한 것으로서 분체 압착에 의한 예비 전극 필름 제조 후 연마 공정 없이 캘린더링 공정이 수행되는 것을 나타낸 것이다. 이에 따르면 캘린더링 공정이 수행되더라도 수득된 건식 전극 필름은 여전히 두께 편차가 잔존하는 문제가 있다.
한편, 본 발명은 상기 전극 필름을 집전체의 일측면 또는 양측면에 적층하고 그 결과물을 라미네이션 하여 전극을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 라미네이션은, 상기 건식 전극 필름을 집전체 상에 압연하여 부착시키는 단계일 수 있다. 상기 라미네이션은 라미네이션 롤러를 이용한 롤 프레스 방법에 의해서 수행될 수 있고, 이때, 라미네이션 롤러는 20℃ 내지 200℃의 온도로 유지될 수 있다.
한편, 상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 또한 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
도 1은 본원 발명의 건식 전극 필름의 제조를 포함하는 건식 전극의 제조 공정을 시계열적으로 나타낸 공정 흐름도이다. 이에 따르면 전극 합제 분체를 제조한 후 이를 압착하여 예비 전극 필름을 제조하고, 표면 연마 공정 수행 후 캘린더링하는 방법으로 건식 전극 필름을 제조한다. 이후 집전체용 금속 박막과 수득된 상기 건식 전극 필름을 라미네이션 하여 건식 전극을 수득한다.
더 나아가, 상기 집전체는 표면에서 저항을 낮추고 접착력을 향상시키기 위한 전도성 프라이머를 전체적으로 또는 부분적으로 코팅한 것이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 전도성 프라이머는 전도성 물질과 바인더를 포함할 수 있고, 상기 전도성 물질은 전도성을 띄는 물질이라면 한정되지 아니하나, 예를 들어, 탄소계 물질일 수 있다. 상기 바인더는, 용제에 녹을 수 있는 불소계(PVDF 및 PVDF 공중합체 포함), 아크릴계 바인더 및 수계 바인더 등을 포함할 수 있다.
상기 건식 전극을 포함하는 이차전지로서, 상기 건식 전극은 양극이며, 상기 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 리튬 함유 비수계 전해질과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지, 및 이를 단위전지로서 포함하는 에너지 저장장치를 제공된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 건식 전극의 제조 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 합제 원료 물질들을 혼합하는 블렌다; 상기 혼합물을 혼련하여 혼합물 덩어리를 제조하는 니더(kneader); 상기 혼합물 덩어리를 분쇄하여 전극용 분체를 형성하는 분쇄기; 분말 상태의 전극 합제를 압착하여 성형된 예비 전극 필름을 연마 롤러를 이용하여 연마하는 연마 부재; 상기 예비 전극 필름을 건식 전극 필름으로 형성하는 캘린더(calender); 상기 건식 전극 필름에서 엣지부를 제거하는 제거기; 및 상기 건식 전극 필름을 집전체의 적어도 일면에 위치시키고 라미네이션하는 라미네이션 롤;을 포함한다.
상기 블렌더는 원료 물질들을 혼합하는 혼합기로서, 상기에서 설명한 바와 같이 5000rpm 내지 20000rpm의 속도로 합제 원료 물질들을 혼합할 수 있다. 상기 니더는, 본 발명에서 젯-밀링 대신 사용되는 바인더 섬유화 장치로서, 니더에서의 혼련을 통해 혼합물이 혼합물 덩어리로 수득될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 결과를 수득하기 위한 니더는 50℃ 내지 230℃의 범위 및/또는 상압 이상의 압력 조건으로 설정될 수 있다. 예를 들어 90℃ 내지 200℃의 온도 조건; 및/또는 1atm 내지 3atm의 압력 조건, 더욱 상세하게는 1.1atm 내지 3atm의 압력 조건;으로 설정될 수 있다.
상기 분쇄기는, 이러한 혼합물 덩어리를 분쇄시켜, 전극용 분체를 형성하는 장치로서, 이 역시 블렌더를 사용할 수 있으며, 또는 그라인더 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 캘린더 및 제거기는 상술한 내용을 참조할 수 있다.
상기 라미네이션 롤은, 상기 캘린더에 의해 성형되는 건식 전극 필름을 집전체의 적어도 일면에 부착, 압연시키는 역할을 수행한다.
이러한 캘린더와 라미네이션 롤에 의해 본 발명에 따른 건식 전극 건식 전극 필름의 기공도가 결정될 수 있다.
한편, 본 발명을 일 실시양태에 있어서, 상기 시스템은 니더 및 분쇄기 대신 젯 -밀링 장치를 포함할 수 있다.
상기 블렌더, 니더, 캘린더, 라미네이션 롤의 구체적인 구조 등은 종래 알려져 있는 바, 본 명세서에서는 구체적인 설명을 생략한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해하기 위해 본 발명에 따른 실시예, 비교예, 및 실험예를 바탕으로 상세히 설명한다.
실시예 1
양극 활물질, 활성카본 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 중량비로 94:3:3의 비율로 블렌더에 투입하고 15000rpm에서 1분 동안 믹싱하여 혼합물을 제조하였다. 니더의 온도를 150℃로 안정화시키고, 상기 혼합물을 니더에 넣은 다음 50rpm의 속도로 5분동안 작동하여 혼합물 덩어리를 수득하였다. 상기 혼합물 덩어리를 블렌더에 투입하고 10,000rpm에서 1분 동안 분쇄하여 전극 분체를 수득하였다. 이후, 상기 전극 분체를 분체 압축 성형 장치(롤 프레스)(롤직경: 88mm, 롤 온도: 100℃, 롤 속도비 20/24rpm)에 투입하여 두께 298㎛의 예비 전극 필름을 제조하였다. 다음으로 상기 예비 전극 필름의 일측 표면을 샌드 페이퍼를 포함하는 연마 패드가 구비된 회전 롤러를 통과시켜 표면 연마 공정을 수행하였다. 상기 회전 롤러는 직경이 100pi인 것으로서 롤 표면에 사포(400방, SiC)가 배치된 것을 사용하였다. 상기 롤러의 회전 속도는 1,000rpm 으로 제어하였으며, 연마 속도는 3m/min으로 하였다. 이후 상기 전극 필름 를 캘린더 장치(롤 프레스)를 이용해서 캘린더링 하고(롤직경: 88mm, 롤 온도: 100℃, 롤 속도비 20/24rpm), 두께 190의 건식 전극 필름을 수득하였다. 상기 양극 활물질은 Li(NixCoyMnzAla)O2(x=0.880±0.010, y=0.050±0.010, z=0.070±0.010, a=0.005±0.002)를 사용하였다.
실시예 2
양극 활물질, 카본블랙 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 중량비로 94:1.5:4.5의 비율로 블렌더에 투입하고, 상기 양극 활물질은 LiFePO4를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 공정으로 건식 전극 필름을 수득하였다.
비교예 1
양극 활물질, 활성카본 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 중량비로 94:3:3의 비율로 블렌더에 투입하고 15,000rpm에서 1분 동안 믹싱하여 혼합물을 제조하였다. 니더의 온도를 150℃로 안정화시키고, 상기 혼합물을 니더에 넣은 다음 50rpm의 속도로 5분동안 작동하여 혼합물 덩어리를 수득하였다. 상기 혼합물 덩어리를 블렌더에 투입하고 10,000rpm에서 1분 동안 분쇄하여 전극 분체를 수득하였다. 이후, 상기 전극 분체를 분체 압축 성형 장치(롤 프레스)(롤직경: 88mm, 롤 온도: 100℃, 롤 속도비 20/24rpm)에 투입하여 두께 300㎛의 예비 전극 필름을 제조하였다. 이후 상기 예비 전극 필름을 캘린더 장치(롤 프레스)를 이용해서 캘린더링 하고(롤직경: 88mm, 롤 온도: 100℃, 롤 속도비 20/24rpm), 두께 190㎛의 건식 전극 필름을 수득하였다. 상기 양극 활물질은 Li(NixCoyMnzAla)O2(x=0.880±0.010, y=0.050±0.010, z=0.070±0.010, a=0.005±0.002)를 사용하였다.
비교예 2
양극 활물질, 카본블랙 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 중량비로 94:1.5:4.5의 비율로 블렌더에 투입하고, 상기 양극 활물질은 LiFePO4를 사용한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 공정으로 건식 전극 필름을 수득하였다.
두께 편차 측정
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 및 비교예 2에서 수득된 건식 전극 필름의 두께, 두께 편차와 표준 편차를 측정하고 이를 아래 표 1에 나타내었다. 상기 두께 편차는 두께 측정기(TESA Mu-Hite)를 사용하였으며, 100 x 100 mm2 면적 필름 내 임의 9 point의 두께를 측정하여 |Min-Max| 및 표준 편차를 구하였다. 필름 내 9 point의 두께 측정 결과는 도 6에 도시하였다.
실험
 두께(㎛)
(9point 평균)		 두께(Min-Max, ㎛)
(9point 평균)		 표준편차(㎛)
실시예 1 예비 전극 필름 298 5 1.6
건식 전극 필름 190 4 1.4
실시예 2 예비 전극 필름 324 9 2.6
건식 전극 필름 222 4 1.2
비교예 1 예비 전극 필름 300 20 7.8
건식 전극 필름 190 10 3.3
비교예 2 예비 전극 필름 352 23 8.3
건식 전극 필름 228 11 3.8
상기 [표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이 비교예 1 및 비교예 2에 따른 건식 전극 필름의 경우 실시예 1 및 실시예 2 대비 두께 편차 및 표준 편차가 큰 것으로 나타났다.
실시예 1 및 실시예 2에 따른 건식 전극 필름의 경우, 두께의 표준 편차가 각각 1.4㎛ 및 1.2㎛로 측정되어, 2.5㎛ 미만이었고, 최대 두께와 최소 두께의 차이가 각각 4㎛로 측정되어, 5㎛ 미만이었다.
반면, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 건식 전극 필름의 경우, 두께의 표준 편차가 각각 3.3㎛ 및 3.8㎛로 측정되어, 2.5㎛ 이상이었고, 최대 두께와 최소 두께의 차이가 각각 10㎛ 및 11㎛로 측정되어, 5㎛ 이상이었다.
전극 저항 및 계면 저항 측정
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 및 비교예 2에서 수득된 건식 전극 필름을 각각 집전체의 양면에 라미네이션하여 양면 전극을 제조하고, 상기 양면 전극 내 3 point의 전극 저항과 이의 표준 편차 및 계면 저항(집전체와 전극 활물질층 간)과 이의 표준 편차를 측정하고, 이를 아래 표 2에 나타내었다. 상기 전극 저항 및 계면 저항은 아래의 장비 및 방법으로 측정하였다. 필름 내 3 point의 전극 저항 및 계면 저항 측정 결과는 도 7 및 도 8에 각각 도시하였다.
-. 저항 측정 장비: RM2610, Hioki社
-. 저항 측정 온도: 상온(25℃)
-. 저항 측정 방법: 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 및 비교예 2에서 수득된 건식 전극 필름을 각각 집전체(예를 들어, 12um 두께를 갖는 알루미늄 호일)의 양면에 라미네이션하여 양면 전극을 제조하고, 상기 양면 전극에 대한 전위 측정 및 저항 계산
실험 전극 저항 (Ohm·cm) 계면 저항(Ohm·cm2)
3 point 평균 표준편차 3 point 평균 표준편차
실시예 1 건식 전극 필름 24 1.5 0.125 0.006
실시예 2 건식 전극 필름 26.3 0.01 0.296 0.013
비교예 1 건식 전극 필름 23 3.6 0.122 0.01
비교예 2 건식 전극 필름 26.36 0.166 0.285 0.045
상기 [표 2]에서 확인할 수 있는 바와 같이 비교예 1에 따른 건식 전극 필름의 경우, 실시예 1과 동일한 양극 활물질을 사용하였음에도 불구하고, 실시예 1 대비 전극 저항의 표준 편차 및 계면 저항의 표준 편차가 큰 것으로 나타났다. 또한, 비교예 2에 따른 건식 전극 필름의 경우, 실시예 2와 동일한 양극 활물질을 사용하였음에도 불구하고, 실시예 2 대비 전극 저항의 표준 편차 및 계면 저항의 표준 편차가 큰 것으로 나타났다. 즉, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 건식 전극 필름 각각은 실시예 1 및 실시예 2 대비 두께나 공극율 등 전극의 위치별 편차가 큰 것을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. (S10) 건식 전극 필름 제조용 전극 합제 분체가 압착되어 소정 두께를 갖는 시트(sheet) 형태의 예비 전극 필름으로 가공되는 압착 단계;
    (S20) 상기 (S10)에서 수득된 예비 전극 필름의 일측 표면 또는 양측 표면을 연마하는 연마 단계; 및
    (S30) 상기 (S20)에서 연마된 예비 전극 필름을 캘린더링하여 건식 전극 필름을 제조하는 캘린더링 단계; 를 포함하는 건식 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S30)으로부터 수득된 건식 전극 필름은 복수의 임의의 지점의 두께 측정 결과로부터 얻어진 두께의 표준 편차가 2.5㎛ 미만인 것인 건식 전극의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (S30)으로부터 수득된 건식 전극 필름은 복수의 임의의 지점에서 측정된 두께 중 최대 두께(TMax)와 최소 두께(TMin)의 차이(|TMax-TMin|)가 5㎛ 미만인 것인 건식 전극의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 합제 분체는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지는 미세 피브릴화 공정 처리가 되어 있는 건식 전극의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)를 포함하는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (S10)은 분체 압축 성형 장치에 의해서 수행되며 상기 분체 압축 성형 장치는 서로 마주보는 두 개의 가압 롤러를 포함하는 롤 프레스부를 포함하며, 상기 전극 합제 분체는 상기 가압 롤러 사이로 투입되는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (S30)의 캘린더링은 캘린더 장치에 의해서 수행되며 상기 캘린더 장치는 서로 마주보는 두 개의 가압 롤러를 포함하는 롤 프레스부를 포함하며 상기 예비 전극 필름이 상기 롤 프레스부에 의해서 압연되는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캘린더 장치는 2개 이상 이상의 롤 프레스부를 포함하며 상기 예비 전극 필름 은 둘 이상의 롤 프레스부에 의한 다단 압연 패스를 통해 캘린더링 되는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (S20)의 연마 단계는 연마 부재가 예비 전극 필름의 일측 표면과 접촉하며 상기 예비 전극 필름의 표면으로부터 소정 깊이까지 연마되는 방식으로 수행되는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 예비 전극 필름의 타측 표면의 상기 연마 부재와 대응되는 위치에 백업 부재가 배치되어 상기 예비 전극 필름을 상기 연마 부재 방향으로 가압 지지하는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (S20)의 연마 단계는 예비 전극 필름의 양측 표면에 대해서 수행되는 것이며, 예비 전극 필름의 일측 표면에 대해서 수행된 이후 이의 타측 표면에 대해서 순차 수행되는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 연마 부재는 표면에 연마재를 포함하는 연마 패드가 구비되어 있는 것인 건식 전극의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 건식 전극 분체는
    (a) 전극 활물질, 도전재, 및 바인더 수지를 포함하는 분말상의 혼합물을 제조하는 과정;
    (b) 상기 분말상의 혼합물을 70℃ 내지 200℃의 범위에서 혼련하여 혼합물 덩어리를 제조하는 과정; 및
    (c) 상기 혼합물 덩어리를 분쇄하여 전극 분체를 수득하는 과정;을 포함하는 방법에 의해서 제조된 것인 건식 전극의 제조 방법.
  14. 제1항에 따른 방법에 의해서 제조된 것이며, 복수의 임의의 지점에서의 두께 측정 결과로부터 얻어진 두께의 표준 편차가 2.5㎛ 미만인 것인 건식 전극 필름.
  15. 제12 항에 있어서, 복수의 임의의 지점에서 측정된 두께 중 최대 두께(TMax)와 최소 두께(TMin)의 차이(|TMax-TMin|)가 5㎛ 미만인 건식 전극 필름.
  16. 집전체 및 상기 집전체의 일측면 또는 양측면 상에 건식 전극 필름이 배치되어 있으며, 상기 건식 전극 필름은 제1항에 따른 방법에 의해서 제조된 것인 전기화학소자용 전극.
  17. 제16항에 따른 건식 전극을 포함하며,
    상기 건식 전극은 양극이며, 상기 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 전극 조립체가 리튬 함유 비수계 전해질과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지.
KR1020220110411A 2021-08-31 2022-08-31 건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극 KR20230033001A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/957,169 US20230114069A1 (en) 2021-08-31 2022-09-30 Method of manufacturing an electrode comprising a dry electrode film and an electrode for an electrochemical device therefrom

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210115943 2021-08-31
KR1020210115943 2021-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230033001A true KR20230033001A (ko) 2023-03-07

Family

ID=85512565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220110411A KR20230033001A (ko) 2021-08-31 2022-08-31 건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230114069A1 (ko)
KR (1) KR20230033001A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102668117B1 (ko) * 2023-07-17 2024-05-23 주식회사 하이리온 전극 코팅재의 제조 장치, 이를 이용하는 전극 코팅재의 제조 방법, 전지의 전극 제조 장치 및 이를 이용하는 전지의 전극 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230163117A (ko) * 2022-05-23 2023-11-30 에스케이온 주식회사 이차전지용 건식 전극 시트 제조방법 및 장치, 이차전지용 건식 전극 시트, 이차전지용 전극 및 이차전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102668117B1 (ko) * 2023-07-17 2024-05-23 주식회사 하이리온 전극 코팅재의 제조 장치, 이를 이용하는 전극 코팅재의 제조 방법, 전지의 전극 제조 장치 및 이를 이용하는 전지의 전극 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230114069A1 (en) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7028354B2 (ja) 全固体リチウムイオン二次電池
KR102378118B1 (ko) 이차전지용 전극을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 전극
KR20230033001A (ko) 건식 전극 필름을 포함하는 건식 전극 제조 방법 및 상기 방법에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극
JP6597701B2 (ja) 負極合材、当該負極合材を含む負極、及び、当該負極を備える全固体リチウムイオン二次電池
JP6927292B2 (ja) 全固体リチウムイオン二次電池
KR102256479B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이의 제조방법
JP2023547117A (ja) 二次電池用乾式電極を製造するための電極用粉体、その製造方法、それを使用した乾式電極の製造方法、乾式電極、それを含む二次電池、エネルギー貯蔵装置、及び乾式電極の製造装置
KR20160065282A (ko) 리튬전극의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR20220101302A (ko) 전극의 건식 제조 방법
KR20240054956A (ko) 건식 전극 필름을 포함하는 전기화학소자용 전극 및 이의 제조 방법
JPH09213309A (ja) リチウム２次電池用正極の製造方法及びリチウム２次電池
WO2014038698A1 (ja) リチウムイオン二次電池負極用活物質及びそれを用いたリチウムイオン二次電池負極並びにリチウムイオン二次電池
KR20230025359A (ko) 건식 전극 필름을 포함하는 전기화학소자용 전극 및 이의 제조 방법
KR20130096139A (ko) 리튬 이차 전지용 전극, 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
JP2024508512A (ja) 乾式電極フィルムの製造方法及び製造システム
KR102637754B1 (ko) 전극, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조 방법
KR102668117B1 (ko) 전극 코팅재의 제조 장치, 이를 이용하는 전극 코팅재의 제조 방법, 전지의 전극 제조 장치 및 이를 이용하는 전지의 전극 제조 방법
KR102661426B1 (ko) 건식 전극 필름을 포함하는 전기화학소자용 전극 및 이의 제조 방법
KR20230128215A (ko) 전극용 필름, 이를 포함하는 전극, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조 방법
EP4283697A1 (en) Method and apparatus for preparing dry electrode sheet for secondary battery, dry electrode sheet for secondary battery, electrode for secondary battery and secondary battery
EP3993085A1 (en) Method for producing molding for electrode
KR20230149668A (ko) 건식 전극 필름 및 이를 포함하는 전기화학소자용 전극
KR20230149755A (ko) 이차전지용 건식 전극의 제조방법
KR20230149762A (ko) 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차전지
KR20230149756A (ko) 이차전지용 건식 전극