KR20230061309A - 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지 - Google Patents

이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20230061309A
KR20230061309A KR1020230052547A KR20230052547A KR20230061309A KR 20230061309 A KR20230061309 A KR 20230061309A KR 1020230052547 A KR1020230052547 A KR 1020230052547A KR 20230052547 A KR20230052547 A KR 20230052547A KR 20230061309 A KR20230061309 A KR 20230061309A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
slurry
secondary battery
mixture layer
active material
Prior art date
Application number
KR1020230052547A
Other languages
English (en)
Inventor
박성준
조병욱
Original Assignee
에스케이온 주식회사
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 에스케이온 주식회사 filed Critical 에스케이온 주식회사
Priority to KR1020230052547A priority Critical patent/KR20230061309A/ko
Publication of KR20230061309A publication Critical patent/KR20230061309A/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
    • H01M4/13—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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • 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
    • H01M4/13—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
    • 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
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. 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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • 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
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/76—Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
    • H01M4/762—Porous or perforated metallic containers
    • 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
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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
    • 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
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • 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
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • 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

복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체를 준비하는 단계; 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제1 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 제1 슬러리 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하는 단계를 포함하는 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수개의 관통공이 형성된 전극 집전체를 포함하는 전극을 제조함에 있어서, 슬러리의 누출(leak)을 방지하여 공정성을 확보하고, 이에 따라, 균일한 전극 합제층을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지 {METHOD FOR PREPARING THE ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체상에 점도가 상이한 슬러리를 도포하여 형성된 다층전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있어 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.
이때, 상기 음극과 양극은 각 전극의 집전체 상에 전극 합제층을 포함하며, 예를 들면, 전극 활물질에 바인더와 용매, 필요에 따라 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 전극을 제조할 수 있다.
이러한 전극의 제조과정에서, 리튬 이차전지의 전기 자동차 등에의 확대 적용에 의해 고용량 전지의 개발이 요구되었고, 이에 전극 합제층의 로딩량을 증가시켜왔다. 그러나, 전극 합제층의 증가된 부피와 무게는 전체 이차전지의 에너지 밀도를 낮추고, 전극 합제층 내부의 전기화학반응의 불균일성을 유발하는 문제가 있다. 더욱이, 전류 또는 전압이 인가되면 전극 내 리튬 이온의 농도 구배가 발생하게 되는데, 두꺼운 전극 합제층 내에서는 이 현상이 더욱 심화되어 급속 충전 특성의 열화를 일으키는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위한 방안으로, 하나의 집전체 상에 전극 합제층을 두껍게 도포하는 것보다 여러 겹의 얇은 전극을 적층함으로써 두꺼운 전극 합제층을 가지는 이차전지의 용량을 실현하는 방안이 제시되었다. 다만, 이 경우, 리튬 이온의 이동을 보전하기 위해 특정 기공율 이상의 기공 또는 특정 개구율 이상 개구가 형성된 집전체를 사용하고 있다. 또한, 상기 기공 또는 개구가 형성된 집전체는 전체 이차전지의 무게를 상당히 줄일 수 있어 앞으로의 사용이 더욱 기대되고 있다.
그러나, 상기와 같은 집전체는 높은 기공도 또는 개구율로 인하여 전극 제작과정에서 슬러리를 도포하는 경우, 도포면의 반대면으로 슬러리가 누출되어 전극 합제층의 표면 불균일이 발생하고, 균일한 전극 합제층을 형성하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 복수개의 관통공이 형성된 전극 집전체를 포함하는 전극을 제조함에 있어서, 슬러리의 누출(leak)을 방지하여 공정성을 확보하고, 이에 따라, 균일한 전극 합제층을 형성할 수 있는 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 방법을 통해 제조된 이차전지용 전극을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체를 준비하는 단계; 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제1 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 제1 슬러리 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 제1 슬러리의 점도가 제2 슬러리의 점도보다 큰 것인 이차전지용 전극의 제조방법이 제공된다.
상기 제1 슬러리의 점도는 10000cp 내지 15000cp일 수 있다.
상기 제2 슬러리의 점도는 3000cp 내지 7000cp일 수 있다.
상기 제1 슬러리의 고형분 중량이 51 내지 55중량%일 수 있다.
상기 제2 슬러리의 고형분 중량이 45 내지 50중량%일 수 있다.
상기 제1 슬러리는 증점제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2 슬러리가 증점제를 추가로 포함하되, 제1 슬러리에 포함되는 증점제보다 적은 중량으로 포함될 수 있다.
상기 제1 슬러리에 포함되는 증점제는 상기 제1 슬러리 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2중량% 포함될 수 있다.
상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose, CMC), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose, MC), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose, HPC), 메틸 하이드록시프로필 셀룰로오스(methyl hydroxypropyl cellulose, MHPC), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose, EHEC), 메틸 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(methyl ethyl hydroxyethyl cellulose, MEHEC) 및 셀룰로오스 검(cellulose gum) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체; 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더, 도전재 및 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 도포하여 형성되는 제1 전극합제층; 및 상기 제1 전극합제층 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하여 형성되는 제2 전극합제층을 포함하는 이차전지가 제공된다.
상기 제2 슬러리가 증점제를 추가로 포함하되, 제1 슬러리에 포함되는 증점제보다 적은 중량으로 포함될 수 있다.
상기 제1 슬러리에 포함되는 증점제는 상기 제1 슬러리 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2중량% 포함될 수 있다.
상기 증점제는 카복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose, CMC), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose, MC), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose, HPC), 메틸 하이드록시프로필 셀룰로오스(methyl hydroxypropyl cellulose, MHPC), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose, EHEC), 메틸 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(methyl ethyl hydroxyethyl cellulose, MEHEC) 및 셀룰로오스 검(cellulose gum) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수개의 관통공이 형성된 전극 집전체를 포함하는 전극을 제조함에 있어서, 슬러리의 누출(leak)을 방지하여 공정성을 확보하고, 이에 따라, 균일한 전극 합제층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 슬러리를 코팅하여 누출(leak)정도를 관찰한 실험 결과이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체 상에 점도가 상이한 슬러리를 도포하여 형성된 다층전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체를 준비하는 단계; 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제1 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 제1 슬러리 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 제1 슬러리의 점도가 제2 슬러리의 점도보다 큰 것인 이차전지용 전극의 제조방법이 제공된다. 상기 전극은 음극 또는 양극일 수 있다.
본 발명에서 상기 집전체는 금속 포일 상에 소정의 간격으로 복수의 관통공이 천공되어 있는 형태의 집전체가 사용되며, 이러한 형태를 가진 것이라면 특별하게 한정하는 것은 아니나 예를 들어, 관통공의 직경은 50㎛ 내지 200㎛이고, 상기 관통공 사이의 간격(pitch)은 100㎛ 내지 800㎛로 이루어진 금속포일을 사용할 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 관통공들의 직경이 너무 작거나, 평균 간격이 너무 크면 소망하는 정도의 기공도를 가지기 어렵고, 이와 같이 제조하는데 어려움이 있고, 반면, 관통공들의 평균 직경이 너무 크거나, 관통공들 간의 평균 간격이 너무 작으면 집전체 자체의 강도가 약하여 전극 합제층의 지지가 어려울 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극은 양극 또는 음극일 수 있다. 특별하게한정하는 것은 아니나, 양극인 경우, 상기 집전체로는 알루미늄 재질의 박판을 사용할 수 있으며, 음극인 경우, 집전체로 구리 재질의 박판을 사용할 수 있다.
상기와 같이, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체 상에 일면에 전극합제층을 형성하기 위해, 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리를 도포하는 경우, 상기 관통공을 통하여 슬러리가 누출되는 현상이 발생하며, 이에 따라, 전극 합제층의 표면 불균일이 발생하고, 또한, 슬러리를 도포하기 위한 코터가 오염되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제1 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 제1 슬러리 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 제1 슬러리의 점도가 제2 슬러리의 점도보다 큰 것인 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 슬러리는 관통공을 통한 슬러리의 누출을 방지하기 위해, 점도가 10000cp이상인 것이 바람직하나, 점도가 지나치게 높은 경우, 코팅공정성을 확보하기 어려울 수 있으므로, 10000cp 내지 15000cp의 점도를 갖는 것이 보다 바람직하다.
상기과 같은 점도를 갖는 슬러리를 제조하기 위해, 상기 제1 슬러리의 고형분 중량은 51 내지 55중량%인 것이 바람직하다. 본 발명에서 고형분이란 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 슬러리 조성물에서 용제성분을 제외한 성분의 합계량을 의미한다. 제1 슬러리의 고형분 중량이 51% 미만인 경우, 점도가 10000cp 미만으로 되어 슬러리의 누출을 방지하기 어려운 반면, 55%를 초과하는 경우, 점도가 지나치게 높아져, 코팅공정성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
상기 제2 슬러리는 공정성을 확보하기 위하여, 7000cp이하인 것이 바람직하다. 다만, 3000cp 미만인 경우, 점도가 지나치게 낮아져 오히려 더욱 코팅공정성이 저하되는 문제점이 있으므로, 3000cp 내지 7000cp의 점도를 갖는 것이 보다 바람직하다.
상기과 같은 점도를 갖는 슬러리를 제조하기 위해, 상기 제2 슬러리의 고형분 중량은 45 내지 50중량%인 것이 바람직하다. 제2 슬러리의 고형분 중량이 45% 미만인 경우, 4000cp 미만의 점도를 나타내어 코팅공정성의 확보가 어려운 문제점이 발생한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 슬러리의 점도를 증가시키기 위해 제1 슬러리에 증점제를 추가로 첨가할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 제2 슬러리에도 증점제를 추가로 첨가할 수 있다. 다만, 이 경우, 제2 슬러리에 포함되는 증점제는 제1 슬러리에 포함되는 증점제보다 적은 중량으로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 슬러리 및 제2 슬러리에 포함되는 증점제의 종류는 동일할 수 있고, 또한, 상이할 수도 있다.
상기 증점제는 구체적으로 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 카복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose, CMC), 메틸셀룰로오스(methyl cellulose, MC), 하이드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose, HPC), 메틸 하이드록시프로필 셀룰로오스(methyl hydroxypropyl cellulose, MHPC), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose, EHEC), 메틸 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(methyl ethyl hydroxyethyl cellulose, MEHEC) 및 셀룰로오스 검(cellulose gum) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 증점제는 제1 슬러리 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 0.5중량% 미만인 경우, 슬러리의 누출을 방지할 수 있는 점도를 확보하기 어려운 반면, 2중량% 초과인 경우, 점도가 지나치게 높아져 오히려 코팅공정성이 저해되는 문제점이 있다.
한편, 상기 제1 슬러리와 제2 슬러리에 포함되는 전극활물질은 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 상기 전극이 양극인 경우, 양극 활물질로는 구체적으로 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 동 산화물, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 등 올리빈 결정구조를 갖는 화합물, 바나듐 산화물 및 디설파이드 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 전극이 음극인 경우, 음극활물질로는 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본 아세틸렌 카본블랙, 케첸블랙, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 규소 산화물 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 제1 슬러리와 제2 슬러리에 포함되는 바인더 또한, 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 상기 바인더로 사용되는 물질은 특별하게 한정하는 것은 아니나 예를 들어, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무(SBR), 불소 고무, 또는 홍합 단백질, 폴리아크릴레이트계 바인더, 폴리올레핀계 바인더, 및 실란계 바인더 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 PVDF, SBR, 홍합 단백질, 폴리올레핀계 바인더, 폴리아크릴레이트계 바인더 및 실란계 바인더 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제1 슬러리와 제2 슬러리에 포함되는 도전재 역시, 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 도전재는 전자 전도성의 향상을 위해 포함되는 물질로서, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말, 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키, 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물, 폴리페닐렌 유도체, 카본나노튜브, 그래핀 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 제1 슬러리와 제2 슬러리에 포함되는 용제 또한, 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 상기 용제의 종류는 구체적으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 아세톤(acetone), 테트라 하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름 아미드(dimethylform amide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane) 및 물 중에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 방식에 따라 제조된 이차전지용 전극이 제공되며, 보다 상세하게는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 전극 집전체; 상기 집전체의 적어도 일면에 전극활물질, 바인더, 도전재 및 증점제를 포함하는 제1 슬러리를 도포하여 형성되는 제1 전극합제층; 및 상기 제1 전극합제층 상에 전극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 제2 슬러리를 도포하여 형성되는 제2 전극합제층을 포함하고, 상기 제1 슬러리의 점도가 제2 슬러리의 점도보다 큰 것인 이차전지용 전극이 제공된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 슬러리의 누출(leak)을 방지하여 공정성을 확보할 수 있으며, 이에 따라, 균일한 전극 합제층이 형성된 이차전지용 전극을 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
음극 집전체로, 두께 8μm의 구리 박판을 준비하고, 상기 구리 박판의 일면에 음극활물질로, 흑연 96 중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1.5중량부, SBR 바인더 1.5중량부 및 도전재로 카본블랙 1 중량부가 포함된 제1 슬러리를 슬롯다이 코팅 방식으로 도포하였다. 상기 제1 슬러리의 고형분은 55%였고, Brook field 점도계 3번핀 30rpm으로 측정된 제1 슬러리의 점도는 15,000cp 였다.
이후, 상기 제1 슬러리 상에 흑연 97중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1중량부, SBR 바인더 1.5 중량부 및 도전재로 카본블랙 1중량부가 포함된 제2 슬러리를 슬롯다이 코팅 방식으로 도포하였다. 상기 제2 슬러리의 고형분은 55%였고, 제2 슬러리의 점도는 7,000cp 였다.
실시예 2
제1 슬러리의 음극활물질로, 흑연 96중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1.5중량부, SBR 바인더 1.5중량부 및 도전재로 카본블랙 1중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 및 제2 슬러리를 도포하였다. 제1 슬러리의 고형분은 54%였고, 점도는 14000cp 였다.
비교예 1
제1 슬러리의 음극활물질로, 흑연 96중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1.5중량부, SBR 바인더 1.5중량부 및 도전재로 카본블랙 1중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 및 제2 슬러리를 도포하였다 제1 슬러리의 고형분은 48%였고, 점도는 4867cp 였다.
비교예 2
제1 슬러리의 음극활물질로, 흑연 96중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1.5중량부, SBR 바인더 1.5중량부 및 도전재로 카본블랙 1중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 및 제2 슬러리를 도포하였다 제1 슬러리의 고형분은 47%였고, 점도는 4000cp 였다.
비교예 3
제1 슬러리의 음극활물질로, 흑연 96중량부, 바인더로 카르복시메틸셀룰로스 1.5중량부, SBR 바인더 1.5중량부 및 도전재로 카본블랙 1중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 및 제2 슬러리를 도포하였다 제1 슬러리의 고형분은 46%였고, 점도는 3000cp 였다.
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된, 제1 및 제2 슬러리가 도포된 구리 박판의 코팅 직후 및 오븐(oven)내 장입 후 30분 경과 후의 사진을 도 1에 나타내었다. 본 발명의 실시예 1 및 2는 제1 슬러리의 누출이 적어 공정성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수개의 관통공이 형성된 전극 집전체; 상기 전극 집전체의 적어도 일면에 제1 전극합제층; 및 상기 제1 전극합제층 상에 제2 전극합제층을 포함하는 다층 전극이고,
    상기 전극 집전체는 관통공의 직경이 50 내지 200㎛이고, 관통공과 관통공 사이의 간격이 100 내지 800㎛이며,
    상기 제1 합제층은 제1 전극활물질, 제1 바인더 및 제1 도전재를 포함하고,
    상기 제2 합제층은 제2 전극활물질, 제2 바인더 및 제2 도전재를 포함하는, 이차전지용 다층 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 합제층은 제1 증점제를 더 포함하고, 상기 제1 증점제는 제1 합제층 전체 중량의 0.5 내지 2중량%인, 이차전지용 다층 전극.
  3. 제1항에 있어서, 제2 합제층은 제2 증점제를 더 포함하고, 상기 제2 증점제는 제1 합제층에 포함된 제1 증점제보다 적은 양으로 포함하는, 이차전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 증점제 및 제2 증점제는 서로 독립적으로 카복시메틸셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 메틸 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 메틸 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 셀룰로오스 검으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 이차전지용 전극.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 바인더 및 제2 바인더는 서로 독립적으로 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈, 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 홍합 단백질, 폴리아크릴레이트계 바인더, 폴리올레핀계 바인더, 및 실란계 바인더로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는, 이차전지용 전극.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전제 및 제2 도전제는 서로 독립적으로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소 섬유, 금속 섬유, 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말, 산화아연, 티탄산 칼륨, 산화 티탄, 폴리페닐렌 유도체, 그래핀 및 카본나노튜브로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는, 이차전지용 전극.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극은 음극 또는 양극인 이차전지용 전극.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 음극이고,
    상기 제1 전극활물질 및 제2 전극활물질은 서로 독립적으로 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본 아세틸렌 카본블랙, 케첸블랙, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 규소 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 일종을 포함하는, 전극.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 양극이고,
    상기 제1 전극활물질 및 제2 전극활물질은 서로 독립적으로 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 동 산화물, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4, 바나듐 산화물 및 디설파이드 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종을 양극활물질로 포함하는, 전극.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전극을 포함하는 이차전지.
KR1020230052547A 2019-06-07 2023-04-21 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지 KR20230061309A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230052547A KR20230061309A (ko) 2019-06-07 2023-04-21 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190067100A KR102527050B1 (ko) 2019-06-07 2019-06-07 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지
KR1020230052547A KR20230061309A (ko) 2019-06-07 2023-04-21 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190067100A Division KR102527050B1 (ko) 2019-06-07 2019-06-07 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230061309A true KR20230061309A (ko) 2023-05-08

Family

ID=70968794

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190067100A KR102527050B1 (ko) 2019-06-07 2019-06-07 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지
KR1020230052547A KR20230061309A (ko) 2019-06-07 2023-04-21 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190067100A KR102527050B1 (ko) 2019-06-07 2019-06-07 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11575132B2 (ko)
EP (2) EP4033568A3 (ko)
KR (2) KR102527050B1 (ko)
CN (1) CN112054158A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115799443B (zh) * 2023-02-06 2023-05-12 中自环保科技股份有限公司 一种钠离子电池微孔铝箔电极及其制备方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6790561B2 (en) * 2001-03-15 2004-09-14 Wilson Greatbatch Ltd. Process for fabricating continuously coated electrodes on a porous current collector and cell designs incorporating said electrodes
JP2002367601A (ja) 2001-03-15 2002-12-20 Wilson Greatbatch Ltd 多孔質集電体上に連続コートを施した電極の製造方法およびその電極を組み込んだ電池設計
KR100612227B1 (ko) 2003-05-22 2006-08-11 삼성에스디아이 주식회사 리튬 설퍼 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 설퍼 전지
JP5156406B2 (ja) * 2007-01-18 2013-03-06 日立マクセルエナジー株式会社 リチウム二次電池用正極及びその製造方法、並びにリチウム二次電池
JP2011175739A (ja) 2010-02-23 2011-09-08 Hitachi Ltd リチウム二次電池及びその製造方法
KR101863383B1 (ko) 2013-12-18 2018-05-31 주식회사 엘지화학 고용량 특성을 갖는 리튬 이온 이차 전지용 음극
JP2015153658A (ja) 2014-02-17 2015-08-24 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池および該電池用の負極
KR101822695B1 (ko) * 2014-10-02 2018-01-26 주식회사 엘지화학 이중층 구조의 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101938236B1 (ko) 2015-11-11 2019-01-14 주식회사 엘지화학 분산성 향상 및 저항 감소를 위한 이차전지용 음극 슬러리 및 이를 포함하는 음극
KR102015431B1 (ko) * 2016-03-29 2019-08-28 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 슬러리 제조방법
KR20170135423A (ko) 2016-05-31 2017-12-08 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101995373B1 (ko) 2016-07-04 2019-09-24 주식회사 엘지화학 이차 전지용 음극
KR102039909B1 (ko) 2016-09-01 2019-11-04 주식회사 엘지화학 관통형의 기공 또는 구멍들이 형성된 집전체를 사용하여 전극을 제조하는 방법
JP6863452B2 (ja) * 2017-04-04 2021-04-21 日本電気株式会社 二次電池用電極の製造方法および二次電池の製造方法
US10038193B1 (en) * 2017-07-28 2018-07-31 EnPower, Inc. Electrode having an interphase structure
CN111033837A (zh) 2017-08-23 2020-04-17 富士胶片株式会社 金属箔、金属箔的制造方法、二次电池用负极及二次电池用正极
CN107742709A (zh) * 2017-10-17 2018-02-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种磷酸铁锂电池正极活性材料及其制备和应用
CN111386616B (zh) 2017-11-24 2023-06-02 日本电气株式会社 制造二次电池用电极的方法和制造二次电池的方法
JP7031249B2 (ja) * 2017-11-24 2022-03-08 日本電気株式会社 二次電池用電極の製造方法および二次電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102527050B1 (ko) 2023-04-28
US20200388849A1 (en) 2020-12-10
EP4033568A3 (en) 2022-08-10
EP4033568A2 (en) 2022-07-27
EP3748737A1 (en) 2020-12-09
EP3748737B1 (en) 2022-05-11
KR20200140482A (ko) 2020-12-16
US11575132B2 (en) 2023-02-07
CN112054158A (zh) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107925058B (zh) 二次电池用负极、其制造方法及包含其的二次电池
US10950846B2 (en) Method for in situ growth of axial geometry carbon structures in electrodes
CN114303260B (zh) 复合负极活性材料及其制造方法和包括该复合负极活性材料的负极
CN110419126B (zh) 用于锂二次电池的负极和包括该负极的锂二次电池以及制备该负极的方法
KR20070100353A (ko) 이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극,이차전지 및 그들의 제조 방법
TW201324929A (zh) 蓄電池用集電體，蓄電池用正極，蓄電池用負極，蓄電池及此等之製造方法
KR20140147414A (ko) 리튬 이차전지용 음극, 이를 포함하는 리튬 이차전지 및 상기 음극의 제조방법
KR20200056039A (ko) 흑연을 포함하지 않는 전고체 전지용 복합 음극 및 이의 제조방법
JP2000021407A (ja) リチウム二次電池
US10797309B2 (en) Negative electrode active material and lithium secondary battery comprising the same
CN113728462A (zh) 负极和包含所述负极的二次电池
CN113614951A (zh) 制备用于二次电池的负极的方法
KR102270864B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극, 이를 포함하는 리튬 이차전지, 및 이의 제조 방법
KR20230061309A (ko) 이차전지용 전극의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지
US11349125B2 (en) Spacer included electrodes structure and its application for high energy density and fast chargeable lithium ion batteries
CN113939930A (zh) 复合负极活性材料、其制备方法、包含其的负极和二次电池
EP4113658A1 (en) Method for manufacturing electrode for lithium secondary battery
JP2002134101A (ja) リチウム２次電池用正極板の製造方法
KR102622500B1 (ko) 전극 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 전극 조립체
KR20180107008A (ko) 리튬 이차전지용 음극, 이를 포함하는 리튬 이차전지, 및 이의 제조 방법
US20240136506A1 (en) Silicon with carbon-based coating for lithium-ion battery electrodes
KR20230081727A (ko) 다층 구조 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20240072472A (ko) 리튬인산철 양극 활물질 및 제조방법, 상기 양극 활물질을 포함하는 이차전지
KR20230047787A (ko) 리튬이차전지의 양극용 슬러리 조성물
JP2020509529A (ja) オリビン構造を有する複合酸化物を含む、電極物質、電極および固体電池

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination