KR20230044854A - 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 따르면, 전극 제조시 온도 조절을 통해 슬라이딩 영역의 형상을 제어하여 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기, 자동차 및 에너지 저장장치 등 산업분야에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
아울러, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형(Jelly-roll type) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극, 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이러한 전극조립체는, 전극 집전체에 믹싱 공정에서 제조된 전극 합제층용 슬러리를 슬롯 다이를 통해 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후, 건조시킨다. 그러나, 전극 합제층용 슬러리는 유체이기 때문에, 전극 집전체에 도포 후 흘러내리는 성질을 가지고 있다. 전극 합제층용 슬러리가 흘러내리는 것을 슬라이딩 이라 하고, 상기 슬라이딩이 발생하는 영역을 슬라이딩 영역이라 한다.
이와 같은 슬라이딩은 전극 활물질이 코팅된 유지부 폭방향의 양측 단부에서 빈번하게 발생할 수 있으며, 상기 전극 슬라이딩으로 인해 로딩 불균일이 일어난다.
보다 구체적으로, 음극과 양극의 슬라이딩 길이 또는 로딩양이 서로 다르게 나타날 수 있으며, 이는 전극 합제층 엣지(edge) 부분의 N/P ratio 의 불균형을 일으킬 수 있다. 특히, N/P ratio 가 100% 가 되지 않으면, 충방전시 금속 리튬이 석출되기 쉽고, 이는 고율 충방전시에 전지의 안전성을 급격히 열화시키는 원인으로 작용할 수 있다.
따라서, 전극 제조시 슬라이딩 영역의 형상 또는 로딩량 등을 제어하여 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하여, N/P ratio 를 유지할 수 있는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템은 전극 슬러리를 토출하는 전극 슬러리 슬롯 다이; 전극 집전체를 지지 및 이송하는 코팅 롤러; 및 코팅 롤러를 따라 이송하되, 일면 또는 양면에 전극 슬러리 슬롯 다이로부터 토출되는 전극 슬러리가 코팅되는 전극 집전체를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 코팅 롤러는, 원통 형상의 롤러 바디; 롤러 바디의 양 측단에 체결되어, 롤러 바디를 지지하고, 롤러 바디에 회전력을 부여하는 회전축; 및 롤러 바디의 폭 방향을 기준으로, 롤러 바디의 양측에 둘레를 따라 배치되어, 롤러 바디의 소정 영역을 가열 또는 냉각하는 온도 조절 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적인 예에서, 상기 롤러 바디의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재(W1)는, 롤러 바디의 폭 길이(W)를 기준으로 말단으로부터 0.5 내지 10% 범위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 롤러 바디의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재(W1)는, 롤러 바디의 폭 길이(W)를 기준으로 말단으로부터 0.5 내지 5% 범위 또는 1 내지 2% 범위에 배치될 수 있다.
아울러, 온도 제어 부재는, 롤러 바디 내부에 열매체를 포함하는 유로일 수 있다.
또한, 상기 온도 제어 부재는, 롤러 바디 내부에 포함되는 히팅 코일일 수 있다. 예를 들어, 상기 히팅 코일은 유도가열 히팅 코팅, 간접 히팅 코일 또는 직접 히팅 코팅 등이 적용 가능하다.
한편, 상기 온도 제어 부재는, 롤러 바디의 소정 영역을 가열 또는 냉각하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템은 코팅 롤러로부터 이송된 전극 집전체를 건조시키는 건조 챔버를 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명은 전극 슬러리 코팅 시스템을 이용한 전극 슬러리 코팅 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 방법은 코팅 롤러를 따라 이송되는 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계는, 코팅 롤러의 온도 조절 부재로 롤러 바디의 양측 영역을 가열 또는 냉각하여 집전체에 도포된 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 양극 집전체에 양극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재가 롤러 바디의 양측 영역을 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 양극 집전체에 양극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재의 온도를 20℃ 내지 150℃ 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 온도 조절 부재의 온도는, 예를 들어 20℃ 내지 30℃ 범위, 70℃ 내지 150℃ 범위 또는 25℃ 내지 120℃ 범위로 제어 가능하다.
다른 하나의 예에서, 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 음극 집전체에 음극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재가 롤러 바디의 양측 영역을 냉각하는 과정을 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 음극 집전체에 음극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재의 온도를 0℃ 내지 15℃ 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 온도 조절 부재의 온도는 음극 슬러리의 퍼짐을 최소화하기 위한 것이다. 냉각 온도가 지나치게 낮을 경우에는 표면에 크랙 등이 발생될 우려가 있다.
또한, 본 발명은 리튬 이차전지를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 형성된 양극 합제층을 포함하는 양극; 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 형성된 음극 합제층을 포함하는 음극; 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막; 을 포함한다. 이때, 상기 양극 및 음극은, 각각 양극 합제층과 음극 합제층의 말단으로 갈수록 두께가 감소하는 슬라이딩 영역이 형성된 구조이고, 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
A1>A2
식 1에서,
A1은 양극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 양극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며,
A2는 음극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 음극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타낸다.
구체적인 예에서, 상기 양극 및 음극은, 하기 식 2를 0 초과, 1 미만으로 만족하고, 하기 식 3을 1이상으로 만족할 수 있다.
[식 2]
Y1/A1
[식 3]
Y2/A2
식 2와 식 3에서,
A1은 양극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 양극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y1은 양극 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타내고,
A2는 음극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 음극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y2는 음극 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타낸다.
보다 상세하게는, 양극 및 음극은, 상기 식 2를 0 초과, 0.5 미만으로 만족하고, 상기 식 3을 1.5 내지 3.0 범위로 만족할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극과 음극의 단위면적당 용량 비율(N/P ratio)은 105% 내지 130% 범위일 수 있다.
본 발명의 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 따르면, 전극 제조시 온도 조절을 통해 슬라이딩 영역의 형상을 제어하여 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 양극과 음극의 슬라이딩 영역의 길이 차이를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 코팅 롤러의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 전극 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 코팅 롤러의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 전극 조립체의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 전극조립체는 전극 집전체에 믹싱 공정에서 제조된 전극 합제층용 슬러리를 슬롯다이를 통해 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후 건조시킨다. 그러나, 전극 합제층용 슬러리는 유체이기 때문에, 전극 집전체에 도포 후 흘러내리는 성질을 가지고 있다. 전극 합제층용 슬러리가 흘러내리는 것을 슬라이딩이라 하고, 슬라이딩이 발생한 영역을 슬라이딩 영역이라 한다.
도 1은 양극과 음극의 슬라이딩 영역의 길이 차이를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 양극(10)은 양극 집전체(11), 양극 집전체(11)에 형성된 양극 합제층(12)을 포함하며, 음극(20)은 음극 집전체(21), 음극 집전체(21)에 형성된 음극 합제층(22)을 포함하여 구성된다. 전극조립체로 조립될 양극(10)의 양극 합제층(12)과 음극(20)의 음극 합제층(22)이 대면하고 있고, 양극 합제층(12) 및 음극 합제층(22)의 각 단부는 무지부를 향해 연장된 방향으로 두께가 점차적으로 감소하는 슬라이딩 영역(S, S')을 각각 나타나고 있다. 이는 전술한 바와 같이, 전극 슬러리가 유체이기 때문에, 코팅 후 흘러내리는 성질에 의해 코팅부와 무지부의 경계 영역에서 빈번하게 발생한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 양극(10) 및 음극(20)이 대면하는 대면 영역에서, 양극(10) 및 음극(20) 중 하나 이상이 슬라이딩 영역(S, S')을 포함하는 경우, 음극(20)과 양극(10)의 슬라이딩 영역(S, S')의 길이 또는 로딩양이 서로 다르게 나타날 수 있으며, 이는 전극 합제층 엣지(edge) 부분의 N/P ratio 의 불균형을 일으킬 수 있다.
이에, 본 발명에서는 전극 제조시 온도 조절을 통해 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어함으로써, N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템은 양극 제조시에는 유지부의 끝단 영역(S)에 온도를 증가하여 슬라이딩 영역이 완만해지도록 하고, 음극 제조시에는 유지부의 끝단 영역의 온도를 감소시켜 슬라이딩 영역이 가파르게 제어함으로써, 제조되는 리튬 이차전지의 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서, "N/P ratio"는 음극과 양극의 단위면적당 용량비로서, (음극의 단위면적당 용량)/(양극의 단위면적당 용량) × 100으로 계산될 수 있다. 상기 전극의 단위면적당 용량이란, 전지에서 각각의 전극에 대한 이론 방전 용량(mAh)를 전극 면적(cm2)으로 나눈 값을 의미한다. 이는, 전지의 안전성 및 용량에 대한 영향을 미치므로 일반적으로 100% 이상의 값을 갖는다. 즉, 음극의 용량을 많게 제작한다. 참고로, N/P ratio 가 100% 가 되지 않으면, 충방전시 금속 리튬이 석출되기 쉽고, 이는 고율 충방전시에 전지의 안전성을 급격히 열화시키는 원인으로 작용할 수 있다.
본 발명에서, "슬라이딩 영역"이란, 전극의 유지부와 무지부의 경계 부근에서, 전극 합제층의 평탄도가 감소된 부위 및 그 주변부를 포함하는 영역을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 슬라이딩 영역은 전극에서 유지부의 중앙부 측으로부터 멀어질수록 전극 합제층의 두께가 얇아지고, 유지부의 중앙부 측으로 가까울수록 전극 합제층의 두께가 두꺼워지는 영역으로, 이들 영역 내에서는 측정 위치에 따라 전극 합제층의 두께가 계속적으로 변할 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 전극 슬라이딩 영역에서 음극과 양극의 단위면적당 용량 비율이 개선된 전극조립체, 이를 포함하는 리튬 이차전지, 리튬 이차전지를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩을 상세하게 설명한다.
[제1 실시형태]
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템을 제1 실시형태로 제공한다.
전극 슬러리 코팅 시스템
도 2는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 모식도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템의 코팅 롤러의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템(100)은 전극 슬러리(131)를 토출하는 전극 슬러리 슬롯 다이(120); 전극 집전체(130)를 지지 및 이송하는 코팅 롤러(110); 및 코팅 롤러(110)를 따라 이송하되, 일면 또는 양면에 전극 슬러리 슬롯 다이(120)로부터 토출되는 전극 슬러리(131)가 코팅되는 전극 집전체(130)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 상기 코팅 롤러(110)는, 원통 형상의 롤러 바디(111); 롤러 바디(111)의 양 측단에 체결되어, 롤러 바디(111)를 지지하고, 롤러 바디(111)에 회전력을 부여하는 회전축(112); 및 롤러 바디(111)의 폭 방향을 기준으로, 롤러 바디(111)의 양측에 둘레를 따라 배치되어, 롤러 바디(111)의 소정 영역을 가열 또는 냉각하는 온도 조절 부재(113)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 온도 조절 부재(113)는 전극 슬러리(131)를 전극 집제층에 도포한 직후, 온도를 제어하여, 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어할 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템(100)은 전극 슬러리(131)를 전극 집제층에 도포한 직후, TD 방향(Transverse Direction) 을 기준으로 상기 전극 집전체(130)에 도포된 전극 슬러리(131)의 양측 영역의 온도를 제어하여, 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 양극 제조시에는 유지부의 끝단 영역(S)에 온도를 증가하여 슬라이딩 영역이 완만해지도록 하고, 음극 제조시에는 유지부의 끝단 영역의 온도를 감소시켜 슬라이딩 영역이 가파르게 제어함으로써, 제조되는 리튬 이차전지의 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있다.
상기 슬롯 다이(120)는, 전극 슬러리(131)를 전극 집전체(130)에 코팅하기 위한 장치이다. 보다 구체적으로, 상기 슬롯 다이(120)는, 전극 슬러리(131)를 코팅 롤러(110)에 의해 공정 방향을 따라 연속적으로 이송되고 있는 전극 집전체(130)의 미리 정해진 코팅 영역에 코팅하기 위해, 연속적으로 전극 슬러리(131)를 공급한다. 예를 들어, 코팅 다이는, 외부의 슬러리 공급원(미도시)으로부터 전극 슬러리(131)가 공급되는 슬릿과, 슬릿을 통과한 전극 슬러리(131)를 전극 집전체(130)를 향해 토출하는 토출구(121)를 포함하여 구성된다.
아울러, 코팅 롤러(110)는 연속적으로 공급되는 전극 슬러리(131)를 코팅 영역에 코팅될 수 있도록 전극 집전체(130)를 슬롯 다이(120) 방향 또는 슬롯 다이(120) 반대방향으로 이동시키는 장치이다. 한편, 본 발명에서 상기 코팅 롤러(110)는 내부에 온도 조절 부재(113)를 포함하여, 전극 슬러리(131)를 전극 집전체(130)에 도포한 직후, 온도를 제어를 통해 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 코팅 롤러(110)는 원통 형상의 롤러 바디(111); 롤러 바디(111)의 양 측단에 체결되어, 롤러 바디(111)를 지지하고, 롤러 바디(111)에 회전력을 부여하는 회전축(112); 및 롤러 바디(111)의 폭 방향을 기준으로, 롤러 바디(111)의 양측에 둘레를 따라 배치되어, 롤러 바디(111)의 소정 영역을 가열 또는 냉각하는 온도 조절 부재(113)를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 온도 조절 부재(113)는 TD 방향(Transverse Direction) 을 기준으로 전극 집전체(130) 상에 전극 슬러리(131)를 도포하였을 때, 유지부의 끝단 영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있으며, 보다 상세하게는 상기 전극 슬러리(131)의 슬라이딩 영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 구체적인 예에서, 롤러 바디(111)의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재(W1)(113)는, 롤러 바디(111)의 폭 길이(W)를 기준으로 말단으로부터 10% 이하 범위에 배치될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 온도 제어 부재는, 롤러 바디(111) 내부에 열매체를 포함하는 유로일 수 있다. 상기 온도 조절 부재(113)로 열매체 유로를 형성함으로써, 유로 내부에 포함되는 열매체의 온도를 높거나 낮게 설정함에 따라 상기 유로를 이용하여 롤러 바디(111)의 양측 영역을 가열 또는 냉각을 수행할 수 있다.
한편, 상기 유로는 유체가 유입되는 유로 입구가 형성되고, 유로의 타측 단부에는 유체가 배출되는 배출구가 형성되며, 유입구와 유출구는 순환 펌프와 연통될 수 있다. 순환 펌프는 유로 입구로 유입되는 유체의 유량 및 유속을 조절하는 역할을 한다.
아울러, 상기 유로는 열매체를 가열하는 보일러와 유체 연결될 수 있으며, 상기 보일러로 유로 내부에 투입되는 열매체를 가열하여 상기 롤러 바디(111)의 양측 영역의 온도를 상승시킬 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 유로는 열매체를 냉각시키는 냉각기구와 유체 연결될 수 있다. 상기 냉각기구로 유로 내부에 투입되는 열매체를 냉각시켜 상기 롤러 바디(111)의 양측 영역의 온도를 낮출 수 있다. 상기 냉각기구는 액체를 냉각시키는 통상적인 냉각기구일 수 있으며, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 냉매를 압축시키는 압축기와, 열교환기를 통해 열교환하여 열을 흡수하고 냉매를 기화시키는 증발기와, 압축된 냉매를 응축시킴으로써 열을 외부로 방출시키는 응축기를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 열교환기는 상기 유로 내부에 열매체가 통과하고 상기 증발기가 관통하여 구비됨으로써 증발기가 열을 흡수하여 유체를 냉각시키게 된다.
한편, 상기 온도 제어 부재는, 유로로부터 분기되는 제1 및 제2 서브 유로를 포함할 수 있으며, 각 제1 및 제2 서브 유로는 보일러 및 냉각 기구와 유체연결될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 서브유로는 메인 유로와 선택적으로 연통시키기 위한 유로 선택밸브를 더 포함할 수 있다. 상기 유로선택밸브는 보일러의 작동시에는 제1 서브 유로를 개방하고 냉각기구의 작동시에는 제2 서브 유로를 개방하며, 온도제어부의 설정온도에 의해 보일러 또는 냉각기구와 동시에 작동할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 온도 제어 부재는 롤러 바디(111) 내부에 포함되는 히팅 코일일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 히팅 코일은 발열선일 수 있다.
또한, 각 온도 제어 부재는 롤러 바디(111)의 소정 영역을 가열 또는 냉각하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 보일러의 작동부 또는 냉각기구의 작동부에 전기적으로 연결됨으로써 사용자의 온도설정에 따라 상기 보일러 또는 냉각기구를 작동시키게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템(100)은 코팅 롤러(110)로부터 이송된 전극 집전체(130)를 건조시키는 건조 챔버(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 건조 챔버(140)는 전극 슬러리(131)가 코팅되어 있는 집전체를 건조시켜 전극판을 완성할 수 있다. 상기 건조 챔버(140)는 이송장치에 의해 집전체가 수용되며, 건조 챔버(140)를 통과하는 동안 전극 슬러리(S)가 완전히 건조될 수 있는 길이로 형성될 수 있다.
상기 집전체는 가이드 롤(미도시)에 의해 일정한 장력으로 공급된다. 상기 집전체는 일반적으로 금속성 시트, 예를 들면 공지의 금속박이 사용될 수 있다. 상기 집전체는 양극 전극판으로 알루미늄, 또는 니켈 등이 사용될 수 있다. 상기 집전체는 음극 전극판용으로 구리, 니켈, 또는 스테인리스강 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 양극 집전체로 알루미늄박이 그리고 음극 집전체로는 구리박이 사용될 수 있다.
이러한 구조에 의하여, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템(100)은 전극 슬러리를 전극 집제층에 도포한 직후, 온도를 제어하여, 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템(100)은 전극에서 슬라이딩 영역의 형상을 제어하여 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
[제2 실시형태]
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리의 코팅 방법을 제2 실시형태로 제공한다.
전극 슬러리의 코팅 방법
본 발명은 앞서 설명한 전극 슬러리 코팅 시스템을 이용한 전극 슬러리 코팅 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 방법은 코팅 롤러를 따라 이송되는 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 코팅 롤러의 온도 조절 부재로 롤러 바디의 양측 영역을 가열하여 집전체에 도포된 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이를 제어할 수 있다.
종래에는 전극 활물질이 코팅된 유지부 폭방향의 양측 단부에서 빈번하게 발생할 수 있으며, 상기 전극 슬라이딩으로 인해 로딩 불균일이 일어난다. 보다 구체적으로, 음극과 양극의 슬라이딩 길이 또는 로딩양이 서로 다르게 나타날 수 있으며, 이는 전극 합제층 엣지(edge) 부분의 N/P ratio 의 불균형을 일으킬 수 있다. 특히, N/P ratio 가 100% 가 되지 않으면, 충방전시 금속 리튬이 석출되기 쉽고, 이는 고율 충방전시에 전지의 안전성을 급격히 열화시키는 원인으로 작용할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 방법은 양극 제조시에는 유지부의 끝단 영역(S)에 온도를 증가시켜 슬라이딩 영역이 완만해지도록 슬라이딩 영역의 길이 및 형상을 제어할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 롤러 바디의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재의 온도를 상승시켜, 집전체에 도포되는 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이 및 형상을 제어할 수 있다. 이때, 상기 온도 조절 부재는 롤러 바디의 양측 내경을 따라 배치될 수 있으며, 상기 온도 조절 부재가 배치되는 위치는 전극 슬러리의 유지부 끝단 영역일 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리의 코팅 방법은 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 양극 집전체에 양극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재가 롤러 바디의 양측 영역을 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
이때, 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계는 상기 온도 조절 부재의 온도를 20℃ 내지 150℃ 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 온도 조절 부재의 온도를 20℃ 내지 130℃; 25℃ 내지 80℃; 50℃ 내지 150℃; 80℃ 내지 140℃; 90℃ 내지 130℃; 또는 100℃ 내지 120℃ 범위로 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 슬러리의 코팅 방법은 상기 전극 집전체에 도포된 전극 슬러리를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 건조 단계는 전극 슬러리의 수분이 모두 휘발할 정도의 온도에서 열풍 방식, 직접 가열 방식, 유도 가열 방식 등을 변경하여 적용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 집전체에 도포된 전극 슬러리를 건조하는 단계는 열풍 방식으로 수행할 수 있다.
이때, 건조 온도는 50℃ 내지 200℃ 온도 범위일 수 있으며, 60 내지 150℃ 또는 70 내지 100℃ 일 수 있다. 한편, 상기 절연 코팅액의 건조 온도가 50℃ 미만인 경우, 온도가 너무 낮아 절연 코팅액을 완전히 건조하기 어려울 수 있으며, 200℃ 를 초과하는 경우, 건조 온도가 너무 높아 전극 또는 분리막의 변형이 발생할 수 있다.
이에 따라 제조되는 양극의 슬라이딩 영역은 양극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 양극 슬라이딩 영역의 내측 높이(Y1)에 대한 길이(A1) 비율(Y1/A1)은 0 초과, 1 미만일 수 있으며, 구체적으로 0 초과 0.5 미만일 수 있다.
즉, 양극 제조시 양극 슬러리의 유지부 끝단 영역에 상대적으로 높은 온도를 인가하여, 양극 슬러리의 퍼짐성을 증대시켜 슬라이딩을 형성할 수 있다.
[제3 실시형태]
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리의 코팅 방법을 제3 실시형태로 제공한다.
전극 슬러리의 코팅 방법
본 발명은 앞서 설명한 전극 슬러리 코팅 시스템을 이용한 전극 슬러리 코팅 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 방법은 코팅 롤러를 따라 이송되는 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 코팅 롤러의 온도 조절 부재로 롤러 바디의 양측 영역을 냉각하여 집전체에 도포된 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이를 제어할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 롤러 바디의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재의 온도를 낮춰, 집전체에 도포되는 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이 및 형상을 제어할 수 있다. 이는, 전극 슬러리의 슬라이딩 형성을 억제하기 위함이다. 참고로, 상기 온도 조절 부재는 롤러 바디의 양측 내경을 따라 배치될 수 있으며, 상기 온도 조절 부재가 배치되는 위치는 전극 슬러리의 유지부 끝단 영역일 수 있다.
상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계는 상기 온도 조절 부재의 온도를 0℃ 내지 15℃ 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 온도 조절 부재의 온도를 0℃ 내지 10℃; 0℃ 내지 5℃; 5℃ 내지 8℃; 또는 2℃ 내지 6℃ 범위로 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 슬러리의 코팅 방법은 상기 전극 집전체에 도포된 전극 슬러리를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 건조 단계는 전극 슬러리의 수분이 모두 휘발할 정도의 온도에서 열풍 방식, 직접 가열 방식, 유도 가열 방식 등을 변경하여 적용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 집전체에 도포된 전극 슬러리를 건조하는 단계는 열풍 방식으로 수행할 수 있다.
이때, 건조 온도는 50℃ 내지 200℃ 온도 범위일 수 있으며, 60 내지 150℃ 또는 70 내지 100℃ 일 수 있다. 한편, 상기 절연 코팅액의 건조 온도가 50℃ 미만인 경우, 온도가 너무 낮아 절연 코팅액을 완전히 건조하기 어려울 수 있으며, 200℃ 를 초과하는 경우, 건조 온도가 너무 높아 전극 또는 분리막의 변형이 발생할 수 있다.
이에 따라 제조되는 양극의 슬라이딩 영역은 음극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 음극 슬라이딩 영역의 내측 높이(Y2)에 대한 길이(A2) 비율(Y2/A2)은 1 이상일 수 있으며, 구체적으로 1.5 내지 3.0 범위 일 수 있다.
즉, 음극 제조시 양극 슬러리의 유지부 끝단 영역에 상대적으로 낮은 온도를 인가하여, 양극 슬러리의 퍼짐성을 억제할 수 있다.
[제4 실시형태]
본 발명은 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하여 제조된 양극과 음극을 포함하는 리튬 이차전지를 제4 실시형태로 제공한다.
리튬 이차전지
도 5는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 전극 조립체의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 집전체(211) 및 양극 집전체(211) 상에 형성된 양극 합제층(212)을 포함하는 양극(210); 음극 집전체(221) 및 음극 집전체(221) 상에 형성된 음극 합제층(222)을 포함하는 음극(220); 및 양극(210)과 음극(220) 사이에 개재된 분리막(230); 을 포함한다.
이때, 상기 양극(210) 및 음극(220)은, 각각 양극 합제층(212)과 음극 합제층(222)의 말단으로 갈수록 두께가 감소하는 슬라이딩 영역이 형성된 구조이고, 하기 식 1을 만족할 수 있다:
[식 1]
A1>A2
식 1에서,
A1은 양극 합제층(212)의 폭 방향 단면을 기준으로 양극(210)의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며,
A2는 음극 합제층(222)의 폭 방향 단면을 기준으로 음극(220)의 슬라이딩 영역의 길이를 나타낸다.
특히, 본 발명에 따른 리튬 이차전지에서 양극(210)은 양극 합제층(212)의 슬라이딩 영역이 완만한 구조이고, 음극(220)은 음극 합제층(222)의 슬라이딩 영역의 경사가 가파른 구조로 이루어져 리튬 이차전지의 N/P ratio 역전 발생 등을 감소시킬 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 양극(210) 및 음극(220)은, 하기 식 2를 0 초과, 1 미만으로 만족하고, 하기 식 3을 1이상으로 만족할 수 있다:
[식 2]
Y1/A1
[식 3]
Y2/A2
식 2와 식 3에서,
A1은 양극 합제층(212)의 폭 방향 단면을 기준으로 양극(210)의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y1은 양극(210) 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타내고,
A2는 음극 합제층(222)의 폭 방향 단면을 기준으로 음극(220)의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y2는 음극(220) 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타낸다.
보다 구체적으로, 상기 양극(210) 및 음극(220)은, 상기 식 2를 0 초과, 0.5 미만으로 만족하고, 상기 식 3을 1.5 내지 3.0 범위로 만족할 수 있다.
이는, 앞서 설명한 전극 슬러리 코팅 시스템 및 방법에서 양극(210) 및 음극 집전체(221)에 도포되는 양극 및 음극 슬러리의 형상을 제어함으로써 형성된 것일 수 있다.
상기 양극(210)은 양극 집전체(211) 상에 양극 합제층(212)이 형성된 구조를 갖되, 상기 양극 합제층(212)은 양극활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 양극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질이 모두 사용 가능하며, 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 도전재는 양극의 전기 전도성 등의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 양극 집전체(211)는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리된 것을 사용할 수도 있다. 상기 양극 집전체(211)의 평균 두께는 제조되는 양극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 집전체(211)의 두께는 10 ㎛ 일 수 있다.
상기 음극(220)은 음극 집전체(221) 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 음극활물질은 예를 들어, 천연 흑연과 같이 층상 결정구조가 완전히 이루어진 그라파이트, 저결정성 층상 결정 구조(graphene structure; 탄소의 6각형 벌집 모양 평면이 층상으로 배열된 구조)를 갖는 소프트 카본 및 이런 구조들이 비결정성 부분들과 혼합되어 있는 하드 카본, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료나; LixFe2O3(0
x≤1), LixWO2(0
x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me', Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x
1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 음극 집전체(221)는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 구리나 스테리인레스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다. 아울러, 상기 음극 집전체(221)의 평균 두께는 제조되는 음극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 집전체(221)의 두께는 10 ㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 분리막(230)은 양극(210)과 음극(220) 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 분리막(230)은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌; 유리섬유; 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는, 상기 시트나 부직포와 같은 다공성 고분자 기재에 무기물 입자/유기물 입자가 유기 바인더 고분자에 의해 코팅된 복합 분리막(230)이 사용될 수도 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막(230)을 겸할 수도 있다. 아울러, 상기 분리막(230)의 기공 직경은 평균 0.01~10 ㎛이고, 두께는 평균 5~300 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막(230)은 폴리비닐리덴플루라이드(PVdF) 또는 스티렌부타디엔러버(SBR) 과 같은 유기 바인더 고분자에 의해 코팅된 복합 분리막(230)이 사용되는 경우, 앞서 설명한 전극의 절연 코팅부와 보다 용이하게 접착되어 전극 조립체의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 다양한 형태로 적층될 수 있는 바, 예를 들어, 스택형 또는 스택/폴딩형 등으로 적층될 수 있으며, 바람직하게는 스택형 구조일 수 있다.
본 발명에서, 상기 양극(210) 및 음극(220)은 각 집전체(211, 221)의 양측면에 전극 활물질층이 형성된 통상적인 전극과 함께 적층되어 바이셀 또는 모노셀 등의 단위셀을 형성할 수 있다. 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지에서 전극 조립체는 모노셀(mono-cell), 및 바이셀(bi-cell) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 모노셀은 단위셀의 양측에 서로 반대되는 극성의 전극이 배치되는 것이다. 또한, 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위 구조와 같이 셀의 양측에 동일한 극성을 갖는 배치되는 단위셀이다. 이러한 모노셀 및 바이셀들은 단위셀 양측의 전극의 동일한 구조라면 그것을 이루는 양극(210) 및 음극(220)의 분리막의 수가 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극(210)과 음극(220)의 단위면적당 용량 비율(N/P ratio)이 100% 를 초과할 수 있으며, 구체적인 예에서, 양극(210)과 음극(220)의 단위면적당 용량 비율(N/P ratio)이 105% 내지 130% 범위일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 양극 및 음극 집전체(211, 221)에 도포되는 양극 및 음극 슬러리의 형상을 제어함으로써, N/P ratio를 상기 범위로 일정하게 유지시킬 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
S, S’: 슬라이딩 영역
10: 양극
11: 양극 집전체
12: 양극 집전체
20: 음극
21: 음극 집전체
22: 음극 합제층
100: 전극 슬러리 코팅 시스템
110: 코팅 롤러
111: 롤러 바디
112: 회전축
113: 온도 조절 부재
120: 슬롯 다이
121: 토출구
130: 전극 집전체
131: 전극 슬러리
140: 건조 챔버
200: 전극 집전체
210: 양극
211: 양극 집전체
212: 양극 합제층
220: 음극
221: 음극 집전체
222: 음극 합제층
230: 분리막
10: 양극
11: 양극 집전체
12: 양극 집전체
20: 음극
21: 음극 집전체
22: 음극 합제층
100: 전극 슬러리 코팅 시스템
110: 코팅 롤러
111: 롤러 바디
112: 회전축
113: 온도 조절 부재
120: 슬롯 다이
121: 토출구
130: 전극 집전체
131: 전극 슬러리
140: 건조 챔버
200: 전극 집전체
210: 양극
211: 양극 집전체
212: 양극 합제층
220: 음극
221: 음극 집전체
222: 음극 합제층
230: 분리막
Claims (15)
- 전극 슬러리를 토출하는 전극 슬러리 슬롯 다이;
전극 집전체를 지지 및 이송하는 코팅 롤러; 및
코팅 롤러를 따라 이송하되, 일면 또는 양면에 전극 슬러리 슬롯 다이로부터 토출되는 전극 슬러리가 코팅되는 전극 집전체를 포함하며,
상기 코팅 롤러는,
원통 형상의 롤러 바디;
롤러 바디의 양 측단에 체결되어, 롤러 바디를 지지하고, 롤러 바디에 회전력을 부여하는 회전축; 및
롤러 바디의 폭 방향을 기준으로, 롤러 바디의 양측에 둘레를 따라 배치되어, 롤러 바디의 소정 영역을 가열 또는 냉각하는 온도 조절 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
롤러 바디의 양측에 각각 배치되는 온도 조절 부재는, 롤러 바디의 폭 길이(W1)를 기준으로 말단으로부터 0.5 내지 10% 범위에 배치되는 것인 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
온도 제어 부재는, 롤러 바디 내부에 열매체를 포함하는 유로인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
온도 제어 영역에는, 롤러 바디 내부에 히팅 코일인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
온도 제어 부재는, 롤러 바디의 소정 영역을 가열 또는 냉각하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
코팅 롤러로부터 이송된 전극 집전체를 건조시키는 건조 챔버를 더 포함하는 전극 슬러리 코팅 시스템.
- 제1항에 따른 전극 슬러리 코팅 시스템을 이용한 전극 슬러리 코팅 방법에 있어서,
코팅 롤러를 따라 이송되는 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계를 포함하며,
상기 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계는, 코팅 롤러의 온도 조절 부재로 롤러 바디의 양측 영역을 가열 또는 냉각하여 집전체에 도포된 전극 슬러리의 슬라이딩 영역의 길이를 제어하는 과정을 포함하는 전극 슬러리의 코팅 방법.
- 제7항에 있어서,
전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 양극 집전체에 양극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재가 롤러 바디의 양측 영역을 가열하는 과정을 포함하는 전극 슬러리의 코팅 방법.
- 제8항에 있어서,
온도 조절 부재의 온도를 20℃ 내지 150℃ 범위로 제어하는 과정을 포함하는 전극 슬러리의 코팅 방법.
- 제7항에 있어서,
전극 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 단계에서, 음극 집전체에 음극 슬러리를 코팅하는 경우에는 온도 조절 부재가 롤러 바디의 양측 영역을 냉각하는 과정을 포함하는 전극 슬러리의 코팅 방법.
- 제10항에 있어서,
온도 조절 부재의 온도를 0℃ 내지 15℃ 범위로 제어하는 과정을 포함하는 전극 슬러리의 코팅 방법.
- 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 형성된 양극 합제층을 포함하는 양극;
음극 집전체 및 음극 집전체 상에 형성된 음극 합제층을 포함하는 음극; 및
양극과 음극 사이에 개재된 분리막; 을 포함하며,
상기 양극 및 음극은, 각각 양극 합제층과 음극 합제층의 말단으로 갈수록 두께가 감소하는 슬라이딩 영역이 형성된 구조이고, 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지:
[식 1]
A1>A2
식 1에서,
A1은 양극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 양극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며,
A2는 음극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 음극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타낸다.
- 제12항에 있어서,
양극 및 음극은, 하기 식 2를 0 초과, 1 미만으로 만족하고, 하기 식 3을 1이상으로 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지:
[식 2]
Y1/A1
[식 3]
Y2/A2
식 2와 식 3에서,
A1은 양극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 양극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y1은 양극 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타내고,
A2는 음극 합제층의 폭 방향 단면을 기준으로 음극의 슬라이딩 영역의 길이를 나타내며, Y2는 음극 슬라이딩 영역의 내측 높이를 나타낸다.
- 제13항에 있어서,
양극 및 음극은, 상기 식 2를 0 초과, 0.5 미만으로 만족하고, 상기 식 3을 1.5 내지 3.0 범위로 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
- 제1항에 있어서,
양극과 음극의 단위면적당 용량 비율(N/P ratio)은 105% 내지 130% 인 리튬 이차전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210127477A KR20230044854A (ko) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020210127477A KR20230044854A (ko) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지 |
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| KR20230044854A true KR20230044854A (ko) | 2023-04-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210127477A KR20230044854A (ko) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 온도 조절을 통한 전극 슬라이딩 영역의 형상을 제어하는 전극 슬러리 코팅 시스템, 이를 이용한 전극 슬라이딩 코팅 방법 및 이에 따라 제조된 전극을 포함하는 리튬 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230044854A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100793854B1 (ko) | 2006-07-26 | 2008-01-11 | 경상대학교산학협력단 | 표면형상제어를 통한 리튬전지용 막형 음극재료의 제조방법 |
-
2021
- 2021-09-27 KR KR1020210127477A patent/KR20230044854A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100793854B1 (ko) | 2006-07-26 | 2008-01-11 | 경상대학교산학협력단 | 표면형상제어를 통한 리튬전지용 막형 음극재료의 제조방법 |
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