KR20230045810A - A method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sand blasting - Google Patents
A method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sand blasting Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 통해서 호일 표면에 일정한 크기의 다수 홈을 인위적으로 만들어서 거칠기를 증가시켜 호일 표면이 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가됨으로써, 호일에 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하며, 이에 따라 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있는 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for strengthening the bonding strength between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting, and more particularly, to artificially form a plurality of grooves of a certain size on the surface of an aluminum or copper foil through a sand blasting process before applying the active material. By increasing the roughness of the surface of the foil, the roughness and surface area are increased due to a plurality of grooves of a constant size, thereby providing an effect of improving the adhesive strength of the active material when the active material is applied to the foil, thereby providing the basic performance of a secondary battery (CCA ) It relates to a method for strengthening the binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting that can improve the improvement and early end of life.
리튬 이차 전지용 양극 및 음극 전극 제작 시, 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질 Slurry를 도포하게 된다. When manufacturing positive and negative electrodes for lithium secondary batteries, active material slurry is applied to aluminum or copper foil.
이때, 호일과 활물질 간의 결착력은 전지 수명, 저항 및 안전성 등의 신뢰성 평가에 큰 영향을 주며, 외관 등의 품질에도 영향을 주게 된다.At this time, the binding force between the foil and the active material has a great influence on reliability evaluation such as battery life, resistance, and safety, and also affects quality such as appearance.
이차 전지에서 기재(Foil)과 활물질 Slurry간 결착력 증대 및 리튬이온의 삽입/탈리에 의한 활물질 수축/팽창에 완충작용을 하기 위해 Slurry 혼합 과정에서 PVDF or SBR+CMC 와 같은 Binder(바인더)가 사용된다. Binders such as PVDF or SBR+CMC are used in the slurry mixing process to increase the binding force between the substrate (foil) and the active material slurry in a secondary battery and to buffer the contraction/expansion of the active material due to the insertion/desorption of lithium ions. .
Binder는 유기계 전해질과 화학적 및 전기적으로 부 반응이 없어야 하며, 지속적인 접착 특성이 요구된다. Binder must not chemically and electrically react with organic electrolytes, and requires continuous adhesive properties.
그러나, 과량의 Binder를 사용하게 되면 Slurry 고점도에 의한 Coating 편의성 감소, 부도체인 고분자 바인더에 의한 전기저항 상승 및 상대적 활물질량 감소에 따른 용량 저하가 대두된다.However, when an excessive amount of binder is used, the coating convenience decreases due to the high viscosity of the slurry, the electrical resistance increases due to the polymer binder, which is a non-conductor, and the capacity decreases due to the decrease in the amount of the active material.
따라서, 전기저항 상승 및 상대적 활물질량 감소에 따른 용량 저하를 방지할 수 있는 제조 기술이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a manufacturing technology capable of preventing capacity degradation due to an increase in electrical resistance and a decrease in the amount of a relative active material.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Therefore, the present invention has been made to solve the above conventional problems,
본 발명의 목적은 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 통해서 호일 표면에 일정한 크기의 다수 홈을 인위적으로 만들어서 거칠기를 증가시켜 호일 표면이 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가됨으로써, 호일에 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.An object of the present invention is to increase the roughness by artificially creating a plurality of grooves of a constant size on the surface of the foil through a sandblasting process treatment on aluminum or copper foil before applying the active material, so that the surface of the foil increases in roughness and surface area due to a plurality of grooves of a constant size. , When the active material is applied to the foil, it is to improve the adhesive strength of the active material.
본 발명의 다른 목적은 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to improve the basic performance (CCA) and early end of life of a secondary battery.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법은,In order to achieve the problem to be solved by the present invention, a method for strengthening the binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting according to an embodiment of the present invention,
알루미늄 또는 구리 호일을 제조하는 호일제조단계(S100);와A foil manufacturing step (S100) of manufacturing aluminum or copper foil; and
상기 제조된 알루미늄 또는 구리 호일 표면을 샌드 블라스트 가공기를 이용하여 표면 처리함으로써, 다수의 미세 홈을 형성시켜 이에 따른 거친 표면을 형성시키는 샌드블라스트표면처리단계(S200);와A sandblasting surface treatment step (S200) of forming a plurality of fine grooves to form a rough surface by surface treatment of the surface of the manufactured aluminum or copper foil using a sandblasting machine; and
상기 거친 표면 처리된 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질을 도포함으로써, 알루미늄 또는 구리 호일의 표면에 형성된 다수의 미세 홈에 활물질을 침투시키는 미세홈활물질침투단계(S300);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.A fine groove active material penetration step (S300) of infiltrating the active material into a plurality of fine grooves formed on the surface of the aluminum or copper foil by applying the active material to the rough surface-treated aluminum or copper foil; will solve
본 발명인 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법을 통해, 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 통해서 호일 표면에 일정한 크기의 다수 홈을 인위적으로 만들어서 거칠기를 증가시켜 호일 표면이 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가됨으로써, 호일에 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sandblasting according to the present invention, a plurality of grooves of a certain size are artificially created on the surface of the foil through the sandblasting process treatment on aluminum or copper foil before active material is applied to increase the roughness Since the roughness and surface area of the surface of the foil are increased due to the plurality of grooves of a constant size, when the active material is applied to the foil, the effect of improving the adhesion of the active material is provided.
또한, 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.In addition, by improving the basic performance (CCA) and early end of life of the secondary battery, it is possible to expect an output improvement due to the battery performance improvement accordingly.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 샌드 블라스팅 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 호일 샌드 블라스팅 처리 전과 후를 나타낸 확대 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 호일 샌드 블라스팅 처리 후, 양/음극 활물질 슬러리를 알루미늄 혹은 구리 포일에 도포한 모식도이다.1 is a process diagram of a method of enhancing binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting according to an embodiment of the present invention.
2 is a sand blasting example of a method of reinforcing binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged schematic view showing before and after foil sandblasting treatment of a method of enhancing binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sandblasting according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram in which a positive/negative electrode active material slurry is coated on an aluminum or copper foil after the foil sandblasting treatment of the method of enhancing the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sandblasting according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법은,In the method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sand blasting according to an embodiment of the present invention,
알루미늄 또는 구리 호일을 제조하는 호일제조단계(S100);와A foil manufacturing step (S100) of manufacturing aluminum or copper foil; and
상기 제조된 알루미늄 또는 구리 호일 표면을 샌드 블라스트 가공기를 이용하여 표면 처리함으로써, 다수의 미세 홈을 형성시켜 이에 따른 거친 표면을 형성시키는 샌드블라스트표면처리단계(S200);와A sandblasting surface treatment step (S200) of forming a plurality of fine grooves to form a rough surface by surface treatment of the surface of the manufactured aluminum or copper foil using a sandblasting machine; and
상기 거친 표면 처리된 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질을 도포함으로써, 알루미늄 또는 구리 호일의 표면에 형성된 다수의 미세 홈에 활물질을 침투시키는 미세홈활물질침투단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.and a micro-groove active material penetration step (S300) of infiltrating the active material into a plurality of micro-grooves formed on the surface of the aluminum or copper foil by applying the active material to the aluminum or copper foil treated with the rough surface.
이때, 상기 호일제조단계(S100)에서,At this time, in the foil manufacturing step (S100),
샌드 블라스트 가공기는 0.1 ~ 0.5mm 크기의 구를 사용하며, 샌드 블라스트기법을 실행하여 10 ~ 50um 깊이로 홈을 만드는 것을 특징으로 한다.The sandblasting machine uses spheres with a size of 0.1 to 0.5mm, and is characterized by making grooves with a depth of 10 to 50um by performing a sandblasting technique.
이때, 상기 샌드블라스트표면처리단계(S200)에서,At this time, in the sandblasting surface treatment step (S200),
일정한 크기의 미세 홈에 활물질이 침투되도록 알루미늄 또는 구리 호일을 제작함으로써, 이차전지의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜 이차전지의 저온 시동력 및 고온 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.By manufacturing aluminum or copper foil so that the active material penetrates into the fine grooves of a certain size, the electrical conductivity of the secondary battery and the adhesive strength of the active material are improved to improve the low-temperature starting power and high-temperature durability of the secondary battery.
이때, 상기 샌드블라스트표면처리단계(S200)는,At this time, the sandblasting surface treatment step (S200),
샌드 블라스트 가공기에 의하여 일정 깊이로 미세 홈을 형성할 수 있게 되어 전극 활물질의 함량 증가로 용량 및 에너지 밀도가 향상되고, Electro Conductivity를 저해하는 Binder의 함량을 줄임으로써, 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.It is possible to form fine grooves with a certain depth by the sandblasting machine, so that capacity and energy density are improved by increasing the content of electrode active material, and durability is improved by reducing the content of binder that inhibits electroconductivity. to be characterized
이때, 본 발명의 제조 방법에 의해,At this time, by the manufacturing method of the present invention,
샌드 블라스트 표면 처리에 의한 거칠기 향상을 통한 활물질 접착력 증가 및 전기 전도도를 향상시킨 전극을 포함하고 있는 이차 전지를 제공할 수 있게 된다.It is possible to provide a secondary battery including an electrode having increased active material adhesion and improved electrical conductivity by improving roughness by sandblasting surface treatment.
이하, 본 발명에 의한 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for enhancing binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting according to the present invention will be described in detail through an embodiment.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법의 공정도이다.1 is a process diagram of a method of enhancing binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법은, As shown in FIG. 1, the method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sand blasting according to the present invention,
알루미늄 또는 구리 호일을 제조하는 호일제조단계(S100);와A foil manufacturing step (S100) of manufacturing aluminum or copper foil; and
상기 제조된 알루미늄 또는 구리 호일 표면을 샌드 블라스트 가공기를 이용하여 표면 처리함으로써, 다수의 미세 홈을 형성시켜 이에 따른 거친 표면을 형성시키는 샌드블라스트표면처리단계(S200);와A sandblasting surface treatment step (S200) of forming a plurality of fine grooves to form a rough surface by surface treatment of the surface of the manufactured aluminum or copper foil using a sandblasting machine; and
상기 거친 표면 처리된 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질을 도포함으로써, 알루미늄 또는 구리 호일의 표면에 형성된 다수의 미세 홈에 활물질을 침투시키는 미세홈활물질침투단계(S300);;를 포함하는 것을 특징으로 한다.and a fine groove active material penetration step (S300) of infiltrating the active material into a plurality of fine grooves formed on the surface of the aluminum or copper foil by applying the active material to the rough surface-treated aluminum or copper foil.
본 발명은 상기와 같은 공정을 거치게 되면, 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 통해서 호일 표면에 일정한 크기의 다수 홈을 인위적으로 만들어서 거칠기를 증가시켜 호일 표면이 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가됨으로써, 호일에 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.In the present invention, when the above process is performed, the aluminum or copper foil is sand-blasting before the active material is applied to artificially create a plurality of grooves of a constant size on the surface of the foil to increase the roughness, so that the surface of the foil is By increasing the roughness and surface area, when the active material is applied to the foil, the effect of improving the adhesion of the active material is provided.
또한, 리튬 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.In addition, by improving the basic performance (CCA) of the lithium secondary battery and the early end of life, it is possible to expect an output improvement due to the battery performance improvement accordingly.
즉, 샌드 블라스트 표면 처리 공정을 통해 활물질의 접착력을 향상시키며, 이를 통해 결과적으로 전기 전도도 향상을 통한 리튬 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선하는 것을 실험을 통해 확인하였다.That is, it was confirmed through experiments that the adhesion of the active material is improved through the sand blast surface treatment process, and as a result, the basic performance (CCA) of the lithium secondary battery and the end of its life are improved through the improvement of electrical conductivity.
일반적으로 리튬 이차 전지용 양/음극 전극 제작 시 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질 Slurry를 도포하게 된다. In general, active material slurry is applied to aluminum or copper foil when manufacturing positive/cathode electrodes for lithium secondary batteries.
이때, 호일과 활물질 간의 결착력은 전지 수명, 저항 및 안전성 등의 신뢰성 평가에 큰 영향을 주며, 외관 등의 품질에도 영향을 주게 된다.At this time, the binding force between the foil and the active material has a great influence on reliability evaluation such as battery life, resistance, and safety, and also affects quality such as appearance.
이차전지에서 기재(Foil)과 활물질 Slurry간 결착력 증대 및 리튬이온의 삽입/탈리에 의한 활물질 수축/팽창에 완충작용을 하기 위해 Slurry 혼합 과정에서 PVDF or SBR+CMC와 같은 Binder(바인더)가 사용된다. Binders such as PVDF or SBR+CMC are used in the slurry mixing process to increase the binding force between the substrate (foil) and the active material slurry in a secondary battery and to buffer the contraction/expansion of the active material due to the insertion/desorption of lithium ions. .
Binder는 유기계 전해질과 화학적 및 전기적으로 부 반응이 없어야 하며, 지속적인 접착특성이 요구된다. Binder must have no side reactions chemically and electrically with organic electrolytes, and continuous adhesive properties are required.
그러나, 과량의 Binder를 사용하게 되면 Slurry 고점도에 의한 Coating 편의성 감소, 부도체인 고분자 바인더에 의한 전기저항 상승 및 상대적 활물질량 감소에 따른 용량 저하가 대두된다.However, when an excessive amount of binder is used, the coating convenience decreases due to the high viscosity of the slurry, the electrical resistance increases due to the polymer binder, which is a non-conductor, and the capacity decreases due to the decrease in the amount of the active material.
본 발명은 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 하여, 활물질과 Foil간의 결착력을 높이고, Cycle간 리튬이온의 삽입/탈리에 의한 활물질 수축/팽창의 완충 작용이 용이하게 함을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to increase the binding force between the active material and the foil by sandblasting the aluminum or copper foil before applying the active material, and to facilitate the buffering action of contraction/expansion of the active material by insertion/desorption of lithium ions between cycles. do.
또한, 알루미늄 또는 구리 Foil은 Sand Blasting 처리 전/후 표면적이 증가하여 도포된 활물질과 표면저항이 감소하게 됨에 따라 전기저항이 낮아짐으로써, 고출력향 이차전지 및 결착력이 증가함에 따라 Binder 함량을 낮춤으로써 고용량, 고에너지밀도형 Cell에도 유용하다.In addition, the surface area of aluminum or copper foil increases before and after sand blasting, and as the applied active material and surface resistance decrease, the electrical resistance decreases, and as the high-output secondary battery and binding force increase, the binder content is lowered, resulting in high capacity. , it is also useful for high energy density cells.
본 발명에서는 도포 후 Foil에서 양/음극 활물질의 탈리를 방지함으로써, 이차전지 신뢰성 성능 및 품질 향상을 기대한다. In the present invention, it is expected to improve the reliability performance and quality of the secondary battery by preventing the separation of the positive/negative electrode active material from the foil after application.
기존 공정에서 Sand Blasting 공정 추가로 전극 활물질의 함량 증가로 용량 및 에너지 밀도가 향상되고, Electro Conductivity를 저해하는 Binder의 함량을 줄임으로써 전극 및 전지 성능의 향상으로 인한 출력 향상 등의 효과도 기대할 수 있다. In the existing process, by adding the sand blasting process, capacity and energy density are improved by increasing the content of electrode active materials, and by reducing the content of binder that hinders electroconductivity, effects such as improved output due to improved electrode and battery performance can be expected. .
상기와 같은 기능을 제공하기 위하여, 본 발명의 호일제조단계(S100)를 통해 알루미늄 또는 구리 호일을 제조하게 된다.In order to provide the above function, aluminum or copper foil is manufactured through the foil manufacturing step (S100) of the present invention.
이후, 샌드블라스트표면처리단계(S200)를 통해, 상기 제조된 알루미늄 또는 구리 호일 표면을 샌드 블라스트 가공기를 이용하여 표면 처리함으로써, 다수의 미세 홈을 형성시켜 이에 따른 거친 표면을 형성시키게 된다.Thereafter, in the sandblasting surface treatment step (S200), the surface of the manufactured aluminum or copper foil is subjected to surface treatment using a sandblasting machine to form a plurality of fine grooves to form a rough surface accordingly.
따라서, 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가된다. Thus, the roughness and surface area are increased because of the large number of grooves of constant size.
이는 호일에 양/음극 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시키는데 도움을 줄 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.It was confirmed through experiments that this can help improve the adhesion of the active material when the positive/negative electrode active material is applied to the foil.
일반적으로 블라스팅(blasting) 공법은 건식과 습식으로 구분되며, 건식 블라스팅이란 물 없이 연마재를 사용하여 스케일, 녹, 도막 등을 제거하고, 모재 표면에 조도를 형성하는 것을 의미하며, 습식 블라스팅이란 제제품이나 재료의 표면에 모래, 강쇼트, 그릿, 규석입자 등의 연마재를 첨가한 물 등을 압축공기 또는 기타의 방법으로 강력하게 분사하여 스케일, 녹, 도막 등을 제거하고, 모재 표면에 조도를 형성하는 것을 의미한다.In general, the blasting method is divided into dry and wet, and dry blasting means removing scale, rust, coating, etc. using abrasives without water, and forming roughness on the surface of the base material. Water with abrasives such as sand, steel shot, grit, and silica particles added to the surface of the material is sprayed with compressed air or other methods to remove scale, rust, coating, etc., and form roughness on the surface of the base material. means to do
블라스팅 공법을 요약하면 강재와 같은 가공 물품의 표면을 처리하는 공법의 일종으로서, 모래, 철 가루, 그리트(grit), 규석 입자, 연소재 등 비교적 경도가 큰 연마재를 첨가한 물 등을 압축 공기 또는 기타의 방법으로 강력하게 분사하여, 강재의 표면에 있는 이물질(녹, 오일, 도막, 스케일(scale) 등)을 제거하는 세척 공법이다.In summary, the blasting method is a type of method for treating the surface of a processed product such as steel. Water to which abrasives of relatively high hardness such as sand, iron powder, grit, silica particles, and combustion ash are added is mixed with compressed air or It is a cleaning method that removes foreign substances (rust, oil, coating, scale, etc.) on the surface of steel by strongly spraying it with other methods.
상기 블라스팅 공법은, 도장을 위한 전처리의 핵심 공정으로서, 규사나 연마재 등의 광물 입자를 투사하는 샌드블라스팅(sand blasting), 철 가루나 커트 와이어를 투사하는 쇼트(shot) 블라스팅, 예리한 각이 있는 철 조각을 투사하는 그리트(grit) 블라스팅 등이 있다.The blasting method, as a key process of pretreatment for painting, is sand blasting in which mineral particles such as silica sand or abrasives are projected, shot blasting in which iron powder or cut wire is projected, iron with sharp angles There is grit blasting, which projects pieces.
상기 샌드 블라스트는 노즐에서 연마재를 분사하여 소재 표면을 다듬거나 절삭하는 가공 방법을 말하며, 기존에는 주로 녹 제거, 표면의 오염 제거, 돌출부 제거, 접착 또는 도금의 전처리 등에 사용되고 있다.The sandblasting refers to a processing method of trimming or cutting the surface of a material by spraying an abrasive from a nozzle, and is conventionally mainly used for rust removal, surface contamination removal, protrusion removal, adhesion, or pretreatment of plating.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 샌드 블라스트 공법을 이용하여 호일 표면에 홈을 발생시키는 것이다.As shown in FIG. 3, in the present invention, grooves are formed on the surface of the foil using the sandblasting method.
즉, 상기 샌드블라스트표면처리단계(S200)는,That is, in the sandblasting surface treatment step (S200),
샌드 블라스트 가공기의 동작에 의해 10 ~ 50um 깊이로 미세 홈을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that fine grooves can be formed with a depth of 10 to 50 um by the operation of the sandblasting machine.
상기와 같이, 샌드블라스트표면처리단계(S200)를 통해, 형성된 일정한 크기의 미세 홈에 활물질이 침투되도록 호일을 제작함으로써, 이차 전지의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜 이차 전지의 저온 시동력 및 고온 내구성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있게 되는 것이다.As described above, by manufacturing the foil so that the active material penetrates into the fine grooves of a certain size formed through the sandblasting surface treatment step (S200), the electrical conductivity of the secondary battery and the adhesive strength of the active material are improved to improve the low-temperature starting power of the secondary battery. And it is possible to provide an effect of improving high-temperature durability.
즉, 샌드 블라스트 가공기는 미세한 구의 크기를 조절하여 미세 홈의 크기를 조절할 수 있는데, 본 발명에서는 0.1 ~ 0.5mm 크기의 구를 이용한 샌드 블라스팅 기법을 실행하여 10 ~ 50um 깊이로 일정한 미세 홈을 형성하게 되는 것이다.That is, the sand blast machine can adjust the size of the fine grooves by adjusting the size of the fine spheres. It will be.
따라서, 상기한 구의 크기가 0.1mm 미만일 경우에는 미세 홈의 깊이가 10um 미만으로 형성되기 때문에 활물질이 호일 표면에 제대로 파고 들지 못하여 본 발명에서는 원하는 내구성 및 기초 성능을 발휘할 수 없으며, 구의 크기가 0.5mm 초과일 경우에는 미세 홈의 깊이가 50um 초과로 형성되기 때문에 호일에 크랙이 발생하거나, 휨 현상이 발생하기 때문에 상기한 범위 내의 구 크기를 제공하여야 한다.Therefore, when the size of the sphere is less than 0.1 mm, the depth of the fine groove is less than 10 μm, so the active material cannot properly penetrate into the surface of the foil, so that the desired durability and basic performance cannot be exhibited in the present invention, and the sphere size is 0.5 mm If it exceeds 50um, since the depth of the fine groove is formed to exceed 50um, cracks occur in the foil or a bending phenomenon occurs, so a sphere size within the above range must be provided.
이후, 미세홈활물질침투단계(S300)를 통해 상기 거친 표면 처리된 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질을 도포함으로써, 알루미늄 또는 구리 호일의 표면에 형성된 다수의 미세 홈에 활물질을 침투시켜 활물질에 대한 지지력을 향상시키게 되는 것이다.Thereafter, by applying an active material to the rough surface-treated aluminum or copper foil through the fine groove active material penetration step (S300), the active material penetrates into a plurality of fine grooves formed on the surface of the aluminum or copper foil to improve the bearing capacity of the active material. it will be done
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 종래의 호일에 활물질을 도포한 전극과 본 발명에 의해 제조된 샌드 블라스트 표면 처리된 전극을 가지고 기초성능 및 수명시험을 하였다.As described above, in order to grasp the effect of the present invention, basic performance and life tests were conducted with the electrode coated with the active material on the conventional foil and the electrode with the sand blast surface treatment manufactured according to the present invention.
후술하는 종래품이라 함은, 일반적으로 사용하는 활물질을 포함한 전극을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 샌드 블라스트 표면 처리된 전극을 포함하고 있는 제품을 말한다.A conventional product described below refers to a product manufactured using an electrode containing a generally used active material, and an improved product refers to a product including an electrode subjected to sandblasting surface treatment through the manufacturing method of the present invention.
1) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)1) Charge acceptance test (CA: Charge Acceptance test)
만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다. The fully charged sample is discharged for 2.5 hours at room temperature (25±2℃) with a 5-hour rate current (17.5A based on 70Ah), and then left at 0±2℃ for more than 12 hours.
이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다. Afterwards, charge with a constant voltage of 14.4V±0.1V and measure the current after 10 minutes of charging.
시험결과, 전기전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 47% 증대되었음을 알 수 있었다.As a result of the test, it was found that the electric conductivity and charging efficiency of the improved product increased by 47% in about 10 minutes compared to the conventional product.
충전수입성
charging acceptance
본 발명에서 사용되는 샌드 블라스트라는 가공법은 미세한 금속/비금속 입자를 약 2000RPM의 속도로 회전 및 60 ~ 100m/s의 고속으로 분사함으로써 금속 표면의 거칠기 증가나, 녹 또는 도막등을 제거하는 것이다.The processing method called sandblasting used in the present invention removes the increase in roughness of the metal surface, rust or coating by rotating fine metal/nonmetal particles at a speed of about 2000 RPM and spraying them at a high speed of 60 to 100 m/s.
이후 활물질을 도포하게 되는데, 이때 활물질은 도 4에 도시한 바와 같이, 호일 표면의 홈으로 침투하여 도포가 된다. Thereafter, the active material is applied. At this time, as shown in FIG. 4, the active material penetrates into the grooves on the surface of the foil and is applied.
이렇게 도포 후, 건조 및 숙성 과정을 거친 전극은 종래예 전극보다 활물질의 접착력이 향상되어 고온환경에서의 활물질 탈락으로 인한 수명종지를 개선하여 이차 전지의 수명을 향상시키는 효과가 있음을 실험을 통해 확인하였다.After application, it was confirmed through experiments that the electrodes subjected to the drying and aging process had the effect of improving the lifespan of the secondary battery by improving the adhesion of the active material compared to the conventional electrode and improving the end of life due to the dropout of the active material in a high-temperature environment. did
2) 가속 수명 시험(SAE J2801)2) Accelerated life test (SAE J2801)
이차전지를 75℃ 챔버에서 약 1주일 동안 일반적인 차량 조건과 유사하게 34회 충/방전 싸이클이 진행한다. The secondary battery is subjected to 34 charge/discharge cycles in a chamber at 75° C. for about a week, similar to general vehicle conditions.
34회 싸이클 실시 후 200A로 10초 방전하여 7.2V 이상 유지가 되면 다시 34회 싸이클을 진행하는 방식으로 수명 시험을 진행한다. After 34 cycles, discharge at 200A for 10 seconds, and if it is maintained at 7.2V or more, cycle 34 times again to conduct the life test.
또한, 싸이클 중 충전단계의 말기 전류가 15A 이상 올라가거나 휴지 시, 전압이 12.0V 이하 또는 매주 검증 단계에서 200A 방전 시, 전압이 7.2V 이하 시험을 중단한다. In addition, the test is stopped when the current at the end of the charging phase during the cycle rises by 15A or more, or when the voltage is 12.0V or less, or when the voltage is 7.2V or less when discharging 200A in the weekly verification phase.
하기 표2는 SAE J2801 시험을 실시한 결과이며, 34회 충/방전 싸이클 마다 200A로 10초 방전 시 전압을 나타내었다.Table 2 below shows the results of the SAE J2801 test, and shows the voltage when discharging at 200 A for 10 seconds every 34 charge/discharge cycles.
상기 표 2의 경우에는 샌드 블라스팅 미적용시 수명은 238싸이클이고, 샌드 블라스팅을 적용하였을 경우에 수명은 374 사이클로 57%의 수명 향상되었음을 알 수 있었다.In the case of Table 2, the lifespan was 238 cycles when sandblasting was not applied, and the lifespan was 374 cycles when sandblasting was applied, indicating a 57% increase in lifespan.
3) 기초성능 시험(SAE CCA)3) Basic performance test (SAE CCA)
상기 표 3에 도시한 바와 같이, 기초성능 시험(SAE CCA)의 경우, 종래품의 경우, 9.2V 였으나, 개선품의 경우, 9.8V로 6.5% 기초 성능 향상 효과가 나타났다.As shown in Table 3, in the case of the basic performance test (SAE CCA), in the case of the conventional product, it was 9.2V, but in the case of the improved product, it was 9.8V, showing a 6.5% basic performance improvement effect.
따라서, 샌드 블라스팅에 의한 거칠기 표면을 제공한 극판을 포함하는 이차 전지의 경우, 전기 전도도 향상 및 기초 성능이 향상될 수 있게 되는 것이다.Therefore, in the case of a secondary battery including an electrode plate provided with a rough surface by sand blasting, electrical conductivity and basic performance can be improved.
상기와 같은 제조 방법을 통해, 활물질 도포 전 알루미늄 또는 구리 Foil에 Sand Blasting 공정 처리를 통해서 호일 표면에 일정한 크기의 다수 홈을 인위적으로 만들어서 거칠기를 증가시켜 호일 표면이 일정한 크기의 다수 홈 때문에 거칠기 및 표면적이 증가됨으로써, 호일에 활물질 도포시, 활물질의 접착력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the manufacturing method as described above, the roughness is increased by artificially creating a plurality of grooves of a constant size on the surface of the foil through the Sand Blasting process treatment on the aluminum or copper foil before the active material is applied, so that the surface of the foil is By this increase, when the active material is applied to the foil, the effect of improving the adhesive strength of the active material is provided.
또한, 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.In addition, by improving the basic performance (CCA) and early end of life of the secondary battery, it is possible to expect an output improvement due to the battery performance improvement accordingly.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above will understand that it can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as not being limiting.
S100 : 호일제조단계
S200 : 샌드블라스트표면처리단계
S300 : 미세홈활물질침투단계S100: Foil manufacturing step
S200: Sandblasting surface treatment step
S300: Micro groove active material penetration step
Claims (5)
알루미늄 또는 구리 호일을 제조하는 호일제조단계(S100);와
상기 제조된 알루미늄 또는 구리 호일 표면을 샌드 블라스트 가공기를 이용하여 표면 처리함으로써, 다수의 미세 홈을 형성시켜 이에 따른 거친 표면을 형성시키는 샌드블라스트표면처리단계(S200);와
상기 거친 표면 처리된 알루미늄 또는 구리 호일에 활물질을 도포함으로써, 알루미늄 또는 구리 호일의 표면에 형성된 다수의 미세 홈에 활물질을 침투시키는 미세홈활물질침투단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법.
In the method of strengthening the binding force between the secondary battery electrode current collector and the active material using sand blasting,
A foil manufacturing step (S100) of manufacturing aluminum or copper foil; and
A sandblasting surface treatment step (S200) of forming a plurality of fine grooves to form a rough surface by surface treatment of the surface of the manufactured aluminum or copper foil using a sandblasting machine; and
A fine groove active material penetration step (S300) of infiltrating the active material into a plurality of fine grooves formed on the surface of the aluminum or copper foil by applying the active material to the rough surface-treated aluminum or copper foil; sand blasting characterized in that it comprises a A method for strengthening binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using.
상기 호일제조단계(S100)에서,
샌드 블라스트 가공기는 0.1 ~ 0.5mm 크기의 구를 사용하며, 샌드 블라스트기법을 실행하여 10 ~ 50um 깊이로 홈을 만드는 것을 특징으로 하는 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법.
According to claim 1,
In the foil manufacturing step (S100),
The sandblasting machine uses a sphere with a size of 0.1 ~ 0.5mm and performs a sandblasting technique to make grooves with a depth of 10 ~ 50um.
상기 샌드블라스트표면처리단계(S200)에서,
일정한 크기의 미세 홈에 활물질이 침투되도록 알루미늄 또는 구리 호일을 제작함으로써, 이차전지의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜 이차전지의 저온 시동력 및 고온 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법.
According to claim 1,
In the sandblasting surface treatment step (S200),
By manufacturing aluminum or copper foil so that the active material penetrates into fine grooves of a certain size, the electrical conductivity of the secondary battery and the adhesion of the active material are improved to improve the low-temperature starting power and high-temperature durability of the secondary battery Sand blasting characterized in that A method of strengthening the binding force between the used secondary battery electrode current collector and the active material.
상기 샌드블라스트표면처리단계(S200)는,
샌드 블라스트 가공기에 의하여 일정 깊이로 미세 홈을 형성할 수 있게 되어 전극 활물질의 함량 증가로 용량 및 에너지 밀도가 향상되고, Electro Conductivity를 저해하는 Binder의 함량을 줄임으로써, 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 샌드 블라스팅을 이용한 이차 전지 전극 집전체와 활물질 간의 결착력 강화 방법.
According to claim 1,
In the sandblasting surface treatment step (S200),
It is possible to form fine grooves with a certain depth by the sandblasting machine, so that capacity and energy density are improved by increasing the content of electrode active material, and durability is improved by reducing the content of binder that inhibits electroconductivity. A method of strengthening binding force between a secondary battery electrode current collector and an active material using sand blasting.
샌드 블라스트 표면 처리에 의한 거칠기 향상을 통한 활물질 접착력 증가 및 전기 전도도를 향상시킨 전극을 포함하고 있는 이차 전지.By the manufacturing method of claim 1,
A secondary battery including an electrode with increased active material adhesion and improved electrical conductivity through improvement of roughness by sandblasting surface treatment.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |