KR20230157745A - 전기화학소자용 전극의 제조 방법 - Google Patents

전기화학소자용 전극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전극 제조 방법은 전극 활물질층의 측면의 경사 각도를 낮아지지 않게 하여 경사 영역이 과도하게 증가되는 것이 방지된다. 또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 제조된 전극이 포함된 전지는 에너지 손실이 최소화되고 반복적인 충방전시에도 전극 말단 부분에서의 리튬 석출 현상이 감소될 수 있다. 이에 따라 전지 사용 안전성이 개선될 수 있다. 또한, 간이한 공정에 의해서 전극 측면의 경사 영역의 제어가 가능하므로 공정성이 향상될 수 있다.

Description

전기화학소자용 전극의 제조 방법{A method for manufacturing an electrode for an electrochemical device}
본 발명은 전극 활물질층의 측면부의 경사면의 형성을 최소화하는 전기화학소자용 전극 제조 방법에 대한 것이다.
휴대전화, 디지털카메라, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 다양한 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지에 사용되는 전극은, 통상적으로 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질을 포함하는 유동상의 전극 활물질 슬러리를 도포한 후, 건조시킴으로써 제조된다. 이러한 유동상 슬러리 도포 방식의 습식 전극 제조 방법을 통해 제조된 전극은 전극 활물질층의 측면부에 슬라이딩(경사면)이 잘 발생되며 상기 슬라이딩의 경사각이 낮아 전극의 에너지 밀도가 낮고 전극 두께가 불균일하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 전기화학소자용 전극에서 전극 활물질층의 측면 경사부의 형상을 개선하여 에너지 밀도가 높고 양/음극간 에너지 불균형에 의한 리튬 석출이 방지된 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면은 전기화학소자용 전극 제조 방법에 대한 것으로서, 상기 제조 방법은 집전체의 적어도 일측 표면에 전극 활물질층 형성용 슬러리를 도포하여 슬러리층을 형성하며 상기 슬러리층은 두께가 일정한 평탄 영역 및 상기 평탄 영역과 연결되며 상기 슬러리층의 폭 방향의 적어도 일측 또는 양측 말단에 형성되며 소정 길이를 갖는 엣지 영역을 포함하고, 상기 엣지 영역은 상기 슬러리가 상기 평탄부에 비해 과량 도포되어 평탄부 대비 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하는 것인 제1 단계;
상기 슬러리층을 건조하여 예비 전극 활물질층을 형성하는 제2 단계; 및
상기 돌출부를 절삭에 의해서 제거하여 전극 활물질층 표면을 평탄화하는 제3 단계;를 포함한다.
본 발명의 제2 측면은 상기 제1 측면에 있어서, 상기 제3 단계의 절삭은 레이져 식각, 연마 및 커팅으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법에 의해서 수행되는 것이다.
본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 또는 제2 측면에 있어서, 상기 제3 단계에 의해서 평탄화된 엣지 영역은 평탄 영역과 밀도가 동일한 것이다.
본 발명의 제4 측면은, 상기 제1 내지 제3 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극 활물질층은 전극 활물질층 측면과 집전체의 표면이 만나 형성된 경사각이 60° 이상인 것이다.
본 발명의 제5 측면은, 상기 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나에 있어서, 소정 폭을 갖는 스트립 형태의 집전체가 롤투롤(roll to roll) 공정에 의해 일 방향으로 연속적으로 공급되고,
상기 전극 활물질층 형성용 슬러리는 슬롯 다이에 의해서 상기 집전체의 표면에 연속적으로 도포되며, 상기 엣지 영역은 슬러리 도포 방향과 수직인 슬러리층의 폭 방향 양단에 형성되는 것이다.
본 발명의 제6 측면은, 상기 제5 측면에 있어서, 상기 도포는 제1 슬롯 다이에서 제1 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 제1 슬러리층이 형성되고, 상기 제1 슬러리층의 건조 전 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 양단에 제2 슬롯 다이를 통해 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 돌출부가 형성되는 것이다.
본 발명의 제7 측면은, 상기 제6 측면에 있어서, 상기 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 측면을 덮도록 도포되는 것이다.
본 발명의 제8 측면은, 상기 제6 또는 제7 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 동일한 것이다.
본 발명에 따른 전극 제조 방법은 전극 활물질층의 측면의 경사 각도를 낮아지지 않게 하여 경사 영역이 과도하게 증가되는 것이 방지된다. 또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 제조된 전극이 포함된 전지는 에너지 손실이 최소화되고 반복적인 충방전시에도 전극 말단 부분에서의 리튬 석출 현상이 감소될 수 있다. 이에 따라 전지 사용 안전성이 개선될 수 있다. 또한, 간이한 공정에 의해서 전극 측면의 경사 영역의 제어가 가능하므로 공정성이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 종래 방식에 의해서 제조된 전기화학소자용 전극의 단면도이다.
도 2는 본원 발명에 따른 전극 제조 공정에 있어서 절삭 공정 전 말단 돌출부가 형성된 모양을 도식화하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본원 발명의 전극 제조 공정에 따라 제조된 전극을 도식화하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 「포함한다」 또는 「가진다」고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서, 「A 및/또는 B」의 기재는 「A 또는 B 또는 이들 모두」를 의미한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
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 발명은 전기화학소자용 전극의 제조 방법에 대한 것이다. 상기 전극은 음극 또는 양극일 수 있다. 본 발명의 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.
도 1은 종래 기술에 따른 제조 방법에 의해서 제조된 전극(10)의 단면을 나타낸 것으로서 집전체(12)의 표면에 전극 활물질층(11)이 배치되어 있다. 통상적으로 전극은 전극 활물질, 도전재 및 바인더 재료를 용매에 투입하여 전극 활물질층 형성용 슬러리를 제조하고 이를 집전체의 표면에 코팅하여 형성한다. 이러한 전극 활물질층 형성용 슬러리는 유동성을 가지기 때문에 집전체에 도포한 후 건조 전 단부가 흘러내려 전극 활물질층의 말단에 경사면이 형성되거나 전극 말단이 비정형적인 형태로 붕괴될 수 있다.
본 발명은 전극 할물질층의 말단에 경사면이 형성되지 않거나 만일 형성되더라도 경사각이 60° 이상의 값을 갖도록 하는 신규 전극 제조 방법을 제공한다.
상기 경사각은 집전체 표면과 전극 활물질층 측면이 만나 이루어지는 사이의 각도(θ)를 의미한다. 상기 측면이 곡면인 경우에는 전극 활물질층의 하부면 최외측 모서리와 상부면 최외측 모서리를 잇는 평탄면 형상의 경사면을 가정하고 이 가상의 경사면과 집전체 표면 사이의 각도를 경사각으로 한다. 도 4는 전극 활물질층에서 경사각(θ)를 나타낸 것이다.
상기 경사 거리는 전극 활물질층 하부면을 따라 하부면의 최외측 단부에서 상부면이 시작되는 지점까지의 직선 거리를 의미한다.
상기 경사면 길이는 전극 활물질층의 측면의 길이를 의미하며 상기 측면이 곡면인 경우에는 [경사 거리*cosθ]로 나타낼 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 전극 제조 방법을 더욱 상세하게설명한다.
우선, 집전체의 적어도 일측 표면에 전극 활물질층 형성용 슬러리를 도포하여 슬러리층을 형성한다(제1 단계).
상기 집전체는 당해 기술 분야에서 사용되는 다양한 전도성의 박막이 제한 없이 사용될 수 있으며 전극의 극성에 따라서 적절한 재료를 선택할 수 있다. 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 구리, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 상기 집전체는 특별히 제한되는 것은 아니지만 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 집전체는 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 전극 활물질층 형성용 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 재료를 포함할 수 있으며 이러한 재료들을 적절한 용매에 투입하여 준비되는 것이다. 상기 슬러리는 집전체에 고르게 도포되도록 적절한 점도 및 유동성을 갖도록 제어될 수 있다. 상기 슬러리를 제조하기 위한 용매로는 상기 성분들이 균일하게 분산시킬 수 있으며, 쉽게 증발되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 대표적으로는 아세토니트릴, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란, N-메틸피롤리돈, 물, 이소프로필알콜 등을 사용할 수 있다.
상기 도포는 당업계에 통상적으로 공지된 방법에 의하여 수행할 수 있으나, 예컨대 상기 슬러리를 상기 집전체 일측 상면에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등 어플리케이터를 사용하여 슬러리층이 소정의 형상을 갖도록 형상을 제어할 수 있다. 이외에도, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 통하여 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 슬러리층은 두께가 일정한 평탄 영역 및 상기 평탄 영역과 연결되며 상기 슬러리층의 폭 방향의 적어도 일측 또는 양측 말단에 형성되며 소정 길이를 갖는 엣지 영역을 포함한다.
도 2는 집전체(120) 표면에 도포된 슬러리층(110)의 폭 방향 단면을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 상기 슬러리층은 두께가 일정한 평탄 영역(X)과 이의 폭 방향 양측 말단 양측에 배치된 엣지 영역(Y)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 엣지 영역은 상기 슬러리가 상기 평탄부에 비해 과량 도포되어 상기 평탄부 대비 외측으로 돌출된 돌출부(Z)를 포함한다.
상기 돌출부(Z)는 높이가 상기 평탄부에 비해 높게 형성되어 평탄부보다 돌출되어 있는 영역을 의미한다. 상기 돌출부의 높이는 집전체에서 돌출부의 소정 지점까지의 수직 거리를 의미한다. 또한, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 돌출부에서 가장 높은 부분인 최고점의 높이는 평탄부 높이 대비 5% 이상, 또는 10% 이상일 수 있다. 본 명세서에서 상기 용어 '평탄부 높이'는 집전체 표면으로부터의 상기 도포된 슬러리의 평탄부까지의 수직 거리를 의미한다. 상기 평탄부의 높이는 평탄부의 두 지점 이상에서 측정된 높이의 평균값일 수 있다. 예를 들어 5개 지점에서 측정된 높이의 평균값일 수 있다. 또한, 상기 최고점의 높이는 집전체 표면으로부터 상기 최고점까지의 수직 거리를 의미한다.
다음으로 상기 슬러리층을 건조하여 예비 전극 활물질층을 형성한다(제2 단계).
상기 건조는 특별히 제한하는 것은 아니나, 50℃ 내지 200 ℃의 진공오븐에서 1일 이내로 수행하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 슬러리층은 폭 방향 말단 부분이 타 부분에 비해서 과장되게 외부로 돌출되도록 형성되기 때문에 말단 부분의 붕괴나 무너짐이 종래 형성된 슬러리에 층에 비해서 현저히 방지되며 이에 수득된 예비 전극 활물질층의 단면 형상은 건조 전 슬러리층의 단면 형상을 유지할 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서, 상기 예비 전극 활물질층은 중앙부에 높이가 일정한 평탄부가 형성되어 있으며, 이의 폭 방향 말단에 엣지 영역 및 돌출부가 형성된다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 예비 전극 활물질층의 상기 엣지 영역은 상기 평탄부에 비해 슬러리가 과량 도포된 상태에서 건조됨으로서 형성된 것이다.
상기 예비 전극 활물질층에서 상기 돌출부(Z)는 높이가 상기 평탄부에 비해 높게 형성되어 평탄부보다 돌출되어 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 돌출부에서 가장 높은 부분인 최고점의 높이는 평탄부 높이 대비 5% 이상, 또는 10% 이상일 수 있다. 상기 높이에 대한 정의는 전술한 내용을 참조할 수 있는 것으로서, 집전체로부터 각 지점까지의 수직 거리를 의미한다. 이후 상기 예비 전극 활물질층에서 상기 돌출부를 절삭에 의해서 제거한다(제3 단계). 도 3은 예비 전극 활물질층의 돌출부가 절삭된 후 수득된 전극(200)을 개락적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 전극 활물질층(210) 폭방향 말단에 형성된 돌출부가 제거되고 전극 활물질층이 평탄화되어 전극 활물질층 전체에 걸쳐 고른 두께를 갖게 된다. 도면 부호 211은 전극 활물질층에서 돌출부를 제거한 결과 형성된 평탄면을 나타낸 것이다.
이러한 방법에 의해서 제조된 전극은 예비 전극 활물질층과 최종적으로 수득된 전극 활물질층의 폭의 길이가 변형 없이 유지될 수 있다. 이에 본 발명에 따른 전극 제조 방법은 기 설정된 전극의 타겟 치수를 구현하는데 매우 용이하다.
또한, 본 발명에 따른 전극 제조 방법은 건조된 예비 전극 활물질층에서 단지돌출부를 절삭하는 평탄화 공정만을 수행하여 전극 활물질층 말단 측면의 경사 길이가 짧은 전극을 제조할 수 있다. 즉, 돌출부를 형성하는데 있어서 과도한 추가 공정이 필요하지 않으며 예비 전극 활물질층 형성 후 돌출부를 절삭하는 평탄화 공정만으로 전극 활물질층의 말단부의 형상을 제어할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 예비 전극 활물질층(또는 슬러리층)의 경사 A가 도 3에 도시된 전극 활물질층의 경사면(212)에 유지되어 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 절삭은 레이저 식각, 연마 및 커팅으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법이 적용되어 수행될 수 있다.
상기 절삭은 돌출부를 제거하여 전극 활물질층을 평탄화하는 것이다. 상기 전극 활물질층은 전극 말단부에 외측으로 돌출된 상기 돌출부가 형성되도록 하여 경사면이 시작되는 높이가 높아짐으로써 경사각이 90도에 더욱 가깝게 형성될 수 있다. 이에 예비 전극 활물질층에서 돌출부를 절삭하여 평탄화함으로써 경사면의 경사 각도는 유지하고 두께가 고른 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
상기 절삭은 이와 같이 예비 전극 활물질층에서 전극 활물질층의 밀도나 로딩량의 변화를 초래하지 않고 돌출부를 제거하여 전극 활물질층의 두께를 고르게 할 수 있는 방법이면 특별히 한정되는 것은 아니며 전술한 방법 중 적절한 것을 선택하여 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 평탄화된 엣지 영역은 평탄화 전과 후의 밀도 및/또는 로딩량이 변화가 없이 동일할 수 있다. 또한, 상기 평탄화된 엣지 영역은 평탄 영역과 밀도 및/또는 로딩량이 동일할 수 있다.
다만, 상기 평탄화 방법에 있어서, 돌출부를 누르는 등 압력을 인가하여 전극 활물질층 내부로 인입시키는 등의 방법은 배제된다. 이러한 가압 방식은 전극 말단부에서 국소적으로 밀도가 증가되고 기공이 작아지거나 기공도가 낮아질 수 있으며 그 결과 전극 활물질층 전체에 걸쳐 고른 전기화학적 특성이 발현되지 않는다. 또한, 상기 절삭은 슬러리 건조 후 수행되는 것이므로 가압과 같은 방식은 전극 활물질층이 부스러지는 등 손상이 발생될 수 있다. 이와 같이 국부적으로 밀도가 높은 전극의 경우 권취하거나, 전극의 두께 조절이나 전극 조립체 제조시 라미네이션 공정 수행시 전극 활물질층에 균열이나 파손이 초래될 수 있다. 또한, 이와 같이 가압이 수반되는 공정에서 전극 활물질층을 통해서 집전체에 전달되는 압력이 동일하지 않게 되며 그 결과 집전체의 전극 활물질 미코팅부(무지부)에 너울이나 주름이 발생될 수 있다. 따라서, 레이저 식각, 연마 및 커팅과 같이 외부에서 깎아내는 방식을 적용하여 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 제조된 전극은 경사각을 60° 이상으로 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극의 제조 공정은 소정 폭을 갖는 스트립 형태의 집전체가 롤투롤(roll to roll) 공정에 의해 일 방향으로 연속적으로 공급되고, 상기 전극 활물질층 형성용 슬러리가 상기 집전체의 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 상기 슬러리는 예를 들어 슬롯 다이에 의해서 상기 집전체의 표면에 연속적으로 도포되며, 상기 엣지 영역은 슬러리 도포 방향과 수직인 슬러리층의 폭 방향 양단에 형성될 수 있다. 이때 상기 돌출부는 슬롯 다이의 토출구 끝단과 집전체 표면까지의 거리(토출 갭)을 조절하는 방식으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 슬러리의 도포는 제1 슬롯 다이에서 제1 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 제1 슬러리층이 형성되고, 상기 제1 슬러리층의 건조 전 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 양단에 제2 슬롯 다이를 통해 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 돌출부가 형성되는 방식으로 수행될 수 있다. 이와 같은 wet on wet 방식으로 슬러리가 도포되는 경우에는 제1 슬러리와 제2 슬러리의 접촉면이 서로 융합되어 건조된 후에는 단일의 슬러리가 도포되어 건조된 결과물과 실질적으로 동일하다. 이 때 전극 활물질층 전체적으로 균일성을 확보하기 위해서 상기 제1 및 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 동일한 것이 바람직하다. 한편, 상기 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 측면을 덮도록 도포될 수 있다.
한편, 상기 롤투롤 공정에 의한 예비 전극 활물질층 형성 후 돌출부를 절삭하는 공정은 전술한 내용을 참조할 수 있다.
상기 전극 활물질은 전극 극성에 따라서 음극 활물질 또는 양극 활물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 양극 활물질은 하기 [화학식 1]로 표시되는 리튬전이금속 복합 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
LiaNibCocM1 dM2 eO2
상기 화학식 1에서, M1은 Mn, Al 또는 이들의 조합일 수 있으며, 바람직하게는 Mn 또는 Mn 및 Al일 수 있다.
상기 M2는 Zr, W, Y, Ba, Ca, Ti, Mg, Ta 및 Nb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 바람직하게는 Zr, Y, Mg, 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 더 바람직하게는 Zr, Y 또는 이들의 조합일 수 있다. M2 원소는 필수적으로 포함되는 것은 아니나, 적절한 양으로 포함될 경우, 소성 시의 입자 성장을 촉진하거나, 결정 구조 안정성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 상기 식 1에서 a 내지 e는 각각 독립적으로 0.1 내지 3일 수 있다.
상기 음극 활물질은 리튬 (Li+)을 가역적으로 삽입(intercalation) 또는 탈삽입(deintercalation)할 수 있는 물질, 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이온을 가역적으로 삽입 또는 탈삽입할 수 있는 물질은 예컨대 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 구체적으로 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소, 연화탄소 (soft carbon), 경화탄소 (hard carbon) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 리튬 이온과 반응하여 가역적으로 리튬 함유 화합물을 형성할 수 있는 물질은 예를 들어, 산화주석, 티타늄나이트레이트 또는 실리콘계 화합물일 수 있다. 상기 리튬 합금은 예를 들어, 리튬(Li)과 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra), 알루미늄(Al) 및 주석(Sn)으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속의 합금일 수 있다. 바람직하게 상기 음극 활물질은 리튬 금속일 수 있으며, 구체적으로, 리튬 금속 박막 또는 리튬 금속 분말의 형태일 수 있다. 상기 실리콘계 음극 활물질은 Si, Si-Me 합금(여기서, Me은 Al, Sn, Mg, Cu, Fe, Pb, Zn, Mn, Cr, Ti, 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상), SiOy(여기서, 0<y<2), Si-C 복합체 또는 이들의 조합일 수 있으며, 바람직하게는 SiOy(여기서, 0<y<2)일 수 있다. 실리콘계 음극 활물질은 높은 이론 용량을 가지기 때문에 실리콘계 음극 활물질을 포함할 경우, 용량 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 도전재는 예를 들어서 그래파이트(graphite); 그래핀(graphene); 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 등의 탄소나노튜브(CNT); 그라파이트 나노파이버(GNF), 카본 나노파이버(CNF), 활성화 탄소 파이버(ACF) 등의 탄소 섬유; 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연 등의 흑연; 탄소나노리본; 탄소나노벨트, 탄소나노막대 및 활성 탄소(activated carbon)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 바인더 재료는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 수행하는 것으로, 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무(EPDM rubber), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 수록된 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 집전체의 적어도 일측 표면에 전극 활물질층 형성용 슬러리를 도포하여 슬러리층을 형성하며 상기 슬러리층은 두께가 일정한 평탄 영역 및 상기 평탄 영역과 연결되며 상기 슬러리층의 폭 방향의 적어도 일측 또는 양측 말단에 형성되며 소정 길이를 갖는 엣지 영역을 포함하고, 상기 엣지 영역은 상기 슬러리가 상기 평탄부에 비해 과량 도포되어 평탄부 대비 외측으로 돌출된 돌출부를 포함하는 것인 제1 단계;
    상기 슬러리층을 건조하여 예비 전극 활물질층을 형성하는 제2 단계; 및
    상기 돌출부를 절삭에 의해서 제거하여 전극 활물질층 표면을 평탄화하는 제3 단계;를 포함하는 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계의 절삭은 레이져 식각, 연마 및 커팅으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 방법에 의해서 수행되는 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계에 의해서 평탄화된 엣지 영역은 평탄 영역과 밀도가 동일한 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질층은 전극 활물질층 측면과 집전체의 표면이 만나 형성된 경사각이 60° 이상인 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    소정 폭을 갖는 스트립 형태의 집전체가 롤투롤(roll to roll) 공정에 의해 일 방향으로 연속적으로 공급되고,
    상기 전극 활물질층 형성용 슬러리는 슬롯 다이에 의해서 상기 집전체의 표면에 연속적으로 도포되며, 상기 엣지 영역은 슬러리 도포 방향과 수직인 슬러리층의 폭 방향 양단에 형성되는 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도포는 제1 슬롯 다이에서 제1 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 제1 슬러리층이 형성되고, 상기 제1 슬러리층의 건조 전 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 양단에 제2 슬롯 다이를 통해 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리가 도포되어 돌출부가 형성되는 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 상기 제1 슬러리층의 폭 방향 측면을 덮도록 도포되는 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 활물질층 형성용 슬러리는 동일한 것인 전기화학소자용 전극 제조 방법.
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