KR20240025394A - Electrode for secondary cell, method of fabricating the same and secondary cell - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 따른 이차 전지용 전극은, 다수의 기공들이 형성된 다공성 집전체와, 상기 다공성 집전체로 활물질 분말들을 제공하고 압착하여 상기 다수의 기공들을 적어도 부분적으로 채우도록 상기 다공성 집전체에 형성된 활물질층을 포함한다.An electrode for a secondary battery according to one aspect of the present invention includes a porous current collector in which a plurality of pores are formed, and active material powders provided to the porous current collector and compressed to at least partially fill the plurality of pores. Includes an active material layer.
Description
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이차 전지용 전극, 그 제조 방법 및 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to batteries, and more specifically, to electrodes for secondary batteries, methods for manufacturing the same, and secondary batteries.
이차 전지는 휴대 전화, 디지털 카메라, 노트북 등의 휴대용 전자기기 및 하이브리드 차량이나 전기 자동차 등 다양한 기기에 전력 공급을 위하여 사용되고 있다. 예를 들어, 리튬 이차 전지는 에너지 밀도가 높고 설계가 용이하여 휴대용 기기의 전원, 전기 자동차 및 전력 저장용 전원으로 채택되고 있으며, 장기간 사용할 수 있는 고에너지 밀도의 리튬 이차 전지 소재에 대한 연구가 확대되고 있다.Secondary batteries are used to supply power to various devices such as portable electronic devices such as mobile phones, digital cameras, and laptops, and hybrid vehicles and electric vehicles. For example, lithium secondary batteries have high energy density and are easy to design, so they are being adopted as power sources for portable devices, electric vehicles, and power storage. Research on high energy density lithium secondary battery materials that can be used for a long time is expanding. It is becoming.
최근, 리튬 이차 전지는 전기 자동차의 상용화를 위해 고에너지 밀도, 친환경, 저가 등 이전보다 많은 성능을 필요로 하고 있다. 따라서 이런 니즈를 충족시키기 위해 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 용매를 섞어 슬러리를 만들어 집전체에 코팅 후 건조하는 습식 전극 제조 방식 대신에, 용매 없이 슬러리를 만들어 집전체에 코팅하는 건식 전극 제조 방식이 일부 사용되고 있다.Recently, lithium secondary batteries require more performance than before, such as high energy density, eco-friendliness, and low cost for commercialization of electric vehicles. Therefore, various technologies are being developed to meet these needs. For example, instead of the wet electrode manufacturing method in which a slurry is mixed with a solvent, coated on a current collector, and then dried, a dry electrode manufacturing method in which a slurry is made without a solvent and coated on a current collector is used in some cases.
한편, 용매와 소재의 층 분리 현상으로 인해 일정 두께 이상 코팅을 하지 못하는 습식 방식과는 달리, 용매가 없는 건식 방법은 두꺼운 전극을 제조할 수 있어 에너지 밀도를 향상 시킬 수 있으며, 용매의 건조 공정이 없어 친환경적이고 생산적인 방법으로 주목받고 있다. 하지만, 기존 건식 공정에 의하면, 고체 형태의 전극을 집전체에 전사하여야 하기 때문에 집전체와 전극간의 접착력이 낮으며 계면저항이 커서 전기화학적 성능이 저하되는 문제가 있다.Meanwhile, unlike the wet method, which cannot coat more than a certain thickness due to the layer separation phenomenon between the solvent and the material, the solvent-free dry method can produce thick electrodes and improve energy density, and the solvent drying process can improve energy density. It is attracting attention as an eco-friendly and productive method. However, according to the existing dry process, since the solid electrode must be transferred to the current collector, the adhesion between the current collector and the electrode is low and the interfacial resistance is large, leading to a decrease in electrochemical performance.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 에너지 밀도를 높일 수 있고, 계면 저항을 낮추어 전기화학적 성능을 높일 수 있는 이차 전지용 전극, 그 제조 방법 및 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is intended to solve various problems including the problems described above, and provides an electrode for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a secondary battery that can increase energy density and increase electrochemical performance by lowering interfacial resistance. The purpose. However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 이차 전지용 전극은, 다수의 기공들이 형성된 다공성 집전체와, 상기 다공성 집전체로 활물질 분말들을 제공하고 압착하여 상기 다수의 기공들을 적어도 부분적으로 채우도록 상기 다공성 집전체에 형성된 활물질층을 포함한다.An electrode for a secondary battery according to an aspect of the present invention for solving the above problem includes a porous current collector in which a plurality of pores are formed, and active material powders are provided and pressed into the porous current collector to at least partially fill the plurality of pores. It includes an active material layer formed on the porous current collector.
상기 이차 전지용 전극에 따르면, 상기 활물질층은 활물질 분말들과 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 상기 다공성 집전체로 제공한 상태로 압착하여 형성될 수 있다.According to the electrode for a secondary battery, the active material layer can be formed by mixing active material powder and a binder in a dry method without a solvent and pressing them into the porous current collector.
상기 이차 전지용 전극에 따르면, 상기 다공성 집전체의 기공 분율은 90 내지 98%일 수 있다.According to the secondary battery electrode, the pore fraction of the porous current collector may be 90 to 98%.
상기 이차 전지용 전극에 따르면, 상기 활물질층은 상기 다공성 집전체의 다수의 기공들을 전체적으로 채우도록 형성될 수 있다.According to the electrode for a secondary battery, the active material layer may be formed to entirely fill a plurality of pores of the porous current collector.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 이차 전지는 전술한 이차 전지용 전극을 포함할 수 있다.A secondary battery according to another aspect of the present invention for solving the above problems may include the electrode for a secondary battery described above.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 관점에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법은, 다수의 기공들이 형성된 다공성 집전체를 준비하는 단계와, 상기 다공성 집전체로 활물질 분말들을 제공하는 단계와, 상기 다공성 집전체 및 상기 활물질 분말들을 압착하여 상기 다공성 기공들을 적어도 부분적으로 채우도록 상기 다공성 집전체에 활물질층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an electrode for a secondary battery according to another aspect of the present invention for solving the above problem includes preparing a porous current collector in which a plurality of pores are formed, providing active material powder to the porous current collector, and forming an active material layer on the porous current collector by compressing the porous current collector and the active material powder to at least partially fill the porous pores.
상기 이차 전지용 전극의 제조 방법에 따르면, 상기 활물질층을 형성하는 단계는 상기 활물질 분말들이 제공된 상기 다공성 집전체를 한 쌍의 롤러들 사이로 통과시켜서 상기 다공성 집전체 및 상기 활물질 분말들을 압착하여 수행할 수 있다.According to the method of manufacturing an electrode for a secondary battery, the step of forming the active material layer can be performed by passing the porous current collector provided with the active material powder between a pair of rollers and compressing the porous current collector and the active material powder. there is.
상기 이차 전지용 전극의 제조 방법에 따르면, 상기 활물질 분말들을 제공하는 단계는, 상기 다공성 집전체로 활물질 분말들 및 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 제공하여 수행할 수 있다.According to the method of manufacturing an electrode for a secondary battery, the step of providing the active material powders may be performed by mixing the active material powders and a binder in a dry method without a solvent and providing the porous current collector.
상기 이차 전지용 전극의 제조 방법에 따르면, 상기 활물질층을 형성하는 단계에서, 상기 활물질층은 상기 다공성 집전체의 다수의 기공들을 전체적으로 채우도록 형성될 수 있다.According to the method of manufacturing an electrode for a secondary battery, in the step of forming the active material layer, the active material layer may be formed to entirely fill a plurality of pores of the porous current collector.
상기 이차 전지용 전극의 제조 방법에 따르면, 상기 다공성 집전체의 기공 분율은 90 내지 98%일 수 있다.According to the method for manufacturing an electrode for a secondary battery, the pore fraction of the porous current collector may be 90 to 98%.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 밀도를 높일 수 있고, 계면 저항을 낮추어 전기화학적 성능을 높일 수 있는 이차 전지용 전극, 그 제조 방법 및 이차 전지가 제공될 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention as described above, an electrode for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a secondary battery that can increase energy density and improve electrochemical performance by lowering interfacial resistance can be provided. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 및 그 제조 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지용 전극의 다공성 집전체를 개략적으로 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 용량 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an electrode for a secondary battery and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph schematically showing the porous current collector of the secondary battery electrode of FIG. 1.
Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the capacity characteristics of secondary batteries according to comparative examples and embodiments of the present invention.
Figure 6 is a graph showing cycle characteristics of secondary batteries according to comparative examples and embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(110) 및 그 제조 방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다.Figure 1 is a cross-sectional view schematically showing an electrode 110 for a secondary battery and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 이차 전지용 전극(110)은 다공성 집전체(112) 및 활물질층(114a)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the electrode 110 for a secondary battery may include a porous current collector 112 and an active material layer 114a.
예를 들어, 다공성 집전체(112)에는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 기공들(P)이 형성될 수 있고, 활물질층(114a)은 다공성 집전체(112)로 활물질 분말들(114)을 제공하고 압착하여 기공들(P)을 적어도 부분적으로 채우도록 다공성 집전체(112)에 형성될 수 있다.For example, a plurality of pores P may be formed in the porous current collector 112 as shown in FIG. 2, and the active material layer 114a is the porous current collector 112 and active material powders 114. It may be formed on the porous current collector 112 by providing and compressing it to at least partially fill the pores (P).
보다 구체적으로 보면, 다공성 집전체(112)는 전하를 모으기 위한 구성으로, 전기 전도도가 높은 물질, 예컨대 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 등의 재질로 구성될 수 있다. 다공성 집전체(112)는 전체적으로 다수의 기공들(P)이 형성된 다공성 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다공성 집전체(112)는 3차원 망상 구조로 형성될 수 있고, 기공들(P) 역시 다공성 집전체(112) 내 3차원적으로 형성될 수 있다. More specifically, the porous current collector 112 is configured to collect electric charges and may be made of a material with high electrical conductivity, such as copper (Cu), aluminum (Al), or nickel (Ni). The porous current collector 112 may be formed as a porous structure with a plurality of pores P formed overall. For example, the porous current collector 112 may be formed in a three-dimensional network structure, and the pores P may also be formed three-dimensionally within the porous current collector 112.
다공성 집전체(112) 내 기공 크기는 다양하게 선택될 수 있고, 예컨대 100 ~ 700 um 범위일 수 있다. 다공성 집전체(112) 내 기공 분율은 활물질층(114a)이 압착되는 공간을 실질적으로 제공하기 위해서 적어도 90% 이상일 수 있고, 바람직하게는 90 내지 98% 범위일 수 있고, 더욱 바람직하게는 92 내지 97% 범위일 수 있다. 다공성 집전체(112) 내 기공 분율이 낮으면 활물질 분말들(114)이 기공들(P) 내로 침투하기 어려워, 활물질층(114a)의 양이 낮아 적절한 에너지 밀도를 얻을 수 없다. 기공 분율이 98%를 초과하는 다공성 집전체(112)는 그 강도가 너무 낮고, 또한 실질적으로 제조하기도 어렵다.The pore size within the porous current collector 112 may be selected in various ways, for example, may range from 100 to 700 um. The pore fraction in the porous current collector 112 may be at least 90% or more, preferably in the range of 90 to 98%, and more preferably in the range of 92 to 98%, in order to substantially provide a space where the active material layer 114a is compressed. It may be in the 97% range. If the pore fraction in the porous current collector 112 is low, it is difficult for the active material powders 114 to penetrate into the pores P, and the amount of the active material layer 114a is low, making it impossible to obtain appropriate energy density. The strength of the porous current collector 112 with a pore fraction exceeding 98% is too low, and it is also difficult to manufacture in practice.
활물질층(114a)은 활물질 분말들(114)을 다공성 집전체(112) 상으로 제공하여, 활물질 분말들(114)이 기공들(P) 내에 분포된 상태에서, 다공성 집전체(112)와 활물질 분말들(114)을 압착하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 활물질층(114a)은 믹서(60)를 이용하여 활물질 분말들(114)과 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 다공성 집전체(112)로 제공한 상태로 압착하여 형성될 수 있다.The active material layer 114a provides the active material powders 114 on the porous current collector 112, so that the active material powders 114 are distributed within the pores P, and the porous current collector 112 and the active material It can be formed by compressing the powders 114. For example, the active material layer 114a may be formed by mixing the active material powders 114 and the binder in a dry manner without a solvent using a mixer 60 and then compressing the active material powders 114 into a porous current collector 112. .
일부 실시예들에서, 바인더는 활물질 분말들(114)의 접착력을 높이면서도 이차 전지의 제반 성능, 예컨대 속도, 수명 등의 특성 향상을 도모할 수 있는 물질로 선택될 수 있다. 예를 들어, 바인더는 PVDF (polyvinylidene fluoride)계와 SBR (styrene-butadiene rubber)/ CMC (carboxy methyl cellulose)계, PTFE (Polytetrafluoroethylene) 계 등을 포함할 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 등의 고분자 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments, the binder may be selected as a material that can improve the overall performance of the secondary battery, such as speed and lifespan, while increasing the adhesion of the active material powders 114. For example, the binder may include a PVDF (polyvinylidene fluoride)-based, SBR (styrene-butadiene rubber)/CMC (carboxy methyl cellulose)-based, PTFE (Polytetrafluoroethylene)-based, etc. It may contain polymer materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
일부 실시예들에서, 활물질층(114a)은 다공성 집전체(112) 내 기공들(P)을 부분적으로 채우도록 형성될 수 있다. 전극(110)에는 부분적으로 기공들(P)의 일부분이 잔류될 수 있다. 이 경우, 전극(110)은 전고상 전지에 이용될 수 있다.In some embodiments, the active material layer 114a may be formed to partially fill the pores P in the porous current collector 112. Some of the pores P may partially remain in the electrode 110. In this case, the electrode 110 can be used in an all-solid-state battery.
일부 실시예들에서, 활물질층(114a)은 다공성 집전체(112) 내 기공들(P)을 전체적으로 채우도록 형성될 수 있다. 나아가, 활물질층(114a)은 다공성 집전체(112)의 양면 상으로 부분적으로 층을 이루도록 형성될 수 있다. 이 경우, 전극(110)은 전고상 전지 외 액상 전지에도 활용될 수 있다. In some embodiments, the active material layer 114a may be formed to entirely fill the pores P in the porous current collector 112. Furthermore, the active material layer 114a may be formed to partially form a layer on both sides of the porous current collector 112. In this case, the electrode 110 can be used in liquid batteries in addition to all-solid-state batteries.
활물질층(114a)에서, 활물질 분말들(114)은 전극(110)의 종류 및 용도에 따라서 선택될 수 있다. 전극(110)이 양극(anode)로 사용되는 경우 활물질 분말들(114)은 양극 활물질이고, 전극(110)이 음극(cathode)로 사용되는 경우 활물질 분말들(114)은 음극 활물질일 수 있다. In the active material layer 114a, active material powders 114 may be selected according to the type and purpose of the electrode 110. When the electrode 110 is used as a positive electrode (anode), the active material powders 114 may be a positive electrode active material, and when the electrode 110 is used as a negative electrode (cathode), the active material powders 114 may be a negative electrode active material.
리튬 이차 전지에 사용되는 양극 활물질은 리튬의 공급원으로 기능한다. 전지의 충전 시 양극 활물질로부터 리튬 이온이 음극으로 이동되고, 방전 시 리튬 이온이 다시 양극 활물질에 흡장될 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 리튬 복합 산화물을 포함할 수 있고, 리튬 복합 산화물은 리튬과 주기율표 상의 전이금속(transition metal; 원자번호 21-29, 39-47, 72-79, 또는 104-108), 란타나이드(lanthanide; 원자번호 57-71), 후-전이금속(post-transition metal; 원자번호 13, 30-31, 48-50, 80-84, 112), 준금속(metalloid; 원자번호 14, 32-33, 51-52, 85)을 적어도 하나 이상 포함하는 금속의 복합 산화물일 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물 등의 금속 산화물 또는 이들의 조합에 의해서 형성되는 복합 산화물일 수 있다.The positive electrode active material used in lithium secondary batteries functions as a source of lithium. When a battery is charged, lithium ions are moved from the positive electrode active material to the negative electrode, and when the battery is discharged, the lithium ions may be absorbed into the positive electrode active material again. For example, the positive electrode active material may include lithium complex oxide, and the lithium complex oxide is lithium and a transition metal (atomic number 21-29, 39-47, 72-79, or 104-108) on the periodic table. Lanthanide (atomic number 57-71), post-transition metal (atomic number 13, 30-31, 48-50, 80-84, 112), metalloid (atomic number 14, It may be a complex oxide of a metal containing at least one of 32-33, 51-52, 85). For example, the positive electrode active material may be a metal oxide such as lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, or lithium manganese oxide, or a complex oxide formed by a combination thereof.
일부 실시예들에서, 양극 활물질은 리튬과 Ni, Co 및 Mn을 포함하는 리튬 복합 산화물을 포함할 수 있다. 이와 같이, Ni, Co 및 Mn이 포함된 리튬 복합 산화물을 NCM이라고 하며, Li[Ni1-a-bCoaMnb]O2로 표현할 수도 있다. 이 때 Ni, Co 및 Mn 뒤에 적힌 아래 첨자는 몰비이며, Ni, Co 및 Mn의 전체 몰수 대비 해당 원소의 몰수를 의미한다. 나아가, 리튬 복합 산화물은 Ni, Co, Mn 외에 Al을 더 포함할 수도 있다.In some embodiments, the positive electrode active material may include lithium and a lithium composite oxide containing Ni, Co, and Mn. In this way, lithium composite oxide containing Ni, Co, and Mn is called NCM, and can also be expressed as Li[Ni1-a-bCoaMnb]O2. At this time, the subscript written after Ni, Co, and Mn is the molar ratio, meaning the number of moles of the corresponding element compared to the total number of moles of Ni, Co, and Mn. Furthermore, the lithium composite oxide may further include Al in addition to Ni, Co, and Mn.
리튬 이차 전지에 사용되는 음극 활물질은 양극에서 나온 리튬 이온을 저장, 방??함으로써 전기를 발생시키는 역할을 하고, 충전 시에는 음극에 리튬 이온을 저장하고 있다가 방전 시에는 리튬 이온을 방출시킬 수 있다. 음극 활물질은 리튬 이온을 많이 저장할 수 있고 큰 출력을 낼 수 있으며, 구조적으로 안정하고, 낮은 전기 화학 반응성을 필요로 한다. 예를 들어, 음극 활물질은 천연 흑은, 인조 흑연, 저결정 탄소, 실리콘 등을 포함할 수 있다.The negative electrode active material used in lithium secondary batteries plays a role in generating electricity by storing and discharging lithium ions from the positive electrode. It can store lithium ions in the negative electrode during charging and release the lithium ions during discharging. there is. The anode active material can store a lot of lithium ions, produce large output, be structurally stable, and require low electrochemical reactivity. For example, the negative electrode active material may include natural black silver, artificial graphite, low-crystalline carbon, silicon, etc.
전술한 전극(110)에 따르면, 건식 방법을 이용하여 기존의 습식 방법보다 높은 에너지 밀도를 가질 수 있고, 다공성 집전체(110)를 이용하여 기존의 건식 방법보다 압착 공정 회수를 줄이면서도 높은 접착력을 확보할 수 있어서 낮은 계면 저항 및 높은 전기 전도도 특성을 가질 수 있다.According to the above-described electrode 110, it is possible to have a higher energy density than the existing wet method by using a dry method, and by using the porous current collector 110, high adhesion can be achieved while reducing the number of pressing processes compared to the existing dry method. It can have low interfacial resistance and high electrical conductivity characteristics.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing a secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 이차 전지(110)는 전극들(110, 120)과 그 사이의 분리막(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극(110)은 양극이고 전극(120)은 음극이거나 또는 그 반대일 수 있다. 분리막(130)은 전극들(110, 120) 사이에 배치될 수 있다. 이차 전지(110)가 전고체 전지인 경우 분리막(130)의 고상 분리막일 수 있고, 그렇지 않은 경우 분리막(130)은 전해질을 포함하는 분리막 구조로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the secondary battery 110 may include electrodes 110 and 120 and a separator 130 therebetween. For example, electrode 110 may be an anode and electrode 120 may be a cathode, or vice versa. The separator 130 may be disposed between the electrodes 110 and 120. If the secondary battery 110 is an all-solid-state battery, the separator 130 may be a solid phase separator. Otherwise, the separator 130 may be understood as a separator structure containing an electrolyte.
전극(110)은 도 1에 설명한 바와 같고, 전극(120) 또한 도 1의 설명을 참조할 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 다공성 집전체(122) 및 활물질층(114a)을 포함할 수 있다. 전극(120)은 전극(110)과 실질적으로 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있고, 도 1의 설명을 참조할 수 있다. The electrode 110 is as described in FIG. 1, and the electrode 120 may also refer to the description in FIG. 1. For example, the electrode 120 may include a porous current collector 122 and an active material layer 114a. The electrode 120 may have a structure substantially the same as or similar to the electrode 110, and may refer to the description of FIG. 1.
다만, 전극들(110, 120)의 활물질층들(114a, 124a)은 서로 반대 극성의 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극(110)이 양극이고 전극(120)이 음극인 경우 경우, 활물질층(114a)은 양극 활물질을 포함하고 활물질층(124a)은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 반대로, 전극(110)이 음극이고 전극(120)이 양극인 경우 경우, 활물질층(114a)은 음극 활물질을 포함하고 활물질 시트층(124a)은 양극 활물질을 포함할 수 있다. However, the active material layers 114a and 124a of the electrodes 110 and 120 may include active materials of opposite polarity. For example, when the electrode 110 is a positive electrode and the electrode 120 is a negative electrode, the active material layer 114a may include a positive electrode active material and the active material layer 124a may include a negative electrode active material. Conversely, when the electrode 110 is a negative electrode and the electrode 120 is a positive electrode, the active material layer 114a may include a negative electrode active material and the active material sheet layer 124a may include a positive electrode active material.
이차 전지(100)는 단층 구조 또는 적층 구조를 가질 수 있다. 이차 전지(100)는 접착력이 높고 계면 저항이 낮은 전극들(110, 120)을 채용함으로써 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.The secondary battery 100 may have a single-layer structure or a stacked structure. The secondary battery 100 can have excellent electrical characteristics by employing electrodes 110 and 120 with high adhesion and low interfacial resistance.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(110)의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.Figure 4 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing an electrode 110 for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 1, 도 2 및 도 4를 같이 참조하면, 이차 전지용 전극(110)의 제조 방법은 다수의 기공들(P)이 형성된 다공성 집전체(112)를 준비하는 단계(S12)와, 다공성 집전체(112)로 활물질 분말들(114)을 제공하는 단계(S14)와, 다공성 집전체(112) 및 활물질 분말들(114)을 압착하여 다공성 기공들(P)을 적어도 부분적으로 채우도록 다공성 집전체(112)에 활물질층(114a)을 형성하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2, and 4 together, the method of manufacturing the electrode 110 for a secondary battery includes preparing a porous current collector 112 with a plurality of pores P (S12), and preparing the porous current collector 112. A step (S14) of providing active material powders 114 to 112 and compressing the porous current collector 112 and the active material powders 114 to at least partially fill the porous pores P. It may include forming the active material layer 114a in (112) (S16).
보다 구체적으로 보면. 활물질 분말들(114)을 제공하는 단계(S14)는 믹서(60)를 이용하여 활물질 분말들(114)을 다공성 집전체(112) 상으로 제공하여 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 활물질 분말들(114)을 제공하는 단계(S14)는 다공성 집전체(112)로 활물질 분말들(114) 및 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 제공하도록 수행할 수 있다. 예를 들어, 믹서(60)를 이용하여 활물질 분말들(114) 및 바인더를 혼합하고, 그 혼합물을 다공성 집전체(112)로 제공할 수 있다.If you look more specifically. The step (S14) of providing the active material powders 114 may be performed by providing the active material powders 114 onto the porous current collector 112 using the mixer 60. In some embodiments, the step S14 of providing the active material powders 114 may be performed by mixing the active material powders 114 and the binder in a dry method without a solvent. For example, the active material powders 114 and the binder may be mixed using the mixer 60, and the mixture may be provided as the porous current collector 112.
활물질층(114a)을 형성하는 단계(S16)는 활물질 분말들(114)이 제공된 다공성 집전체(112)를 한 쌍의 롤러들(50) 사이를 통과시켜서 다공성 집전체(112) 및 활물질 분말들(114)을 압착하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 다공성 집전체(112)를 롤투롤(roll to roll) 방식으로 롤러들(50) 사이로 공급하면서 롤러들(50) 전단에서 믹서(60)를 이용하여 다공성 집전체(112) 상부에서 활물질 분말들(114)을 공급할 수 있다.The step of forming the active material layer 114a (S16) is to pass the porous current collector 112 provided with the active material powders 114 between a pair of rollers 50 to form the porous current collector 112 and the active material powders. This can be accomplished by compressing (114). For example, while supplying the porous current collector 112 between the rollers 50 in a roll-to-roll manner, the mixer 60 is used at the front of the rollers 50 to feed the porous current collector 112 from the top of the porous current collector 112. Active material powders 114 may be supplied.
활물질층(114a)을 형성하는 단계(S16)에 따르면, 다공성 집전체(112)가 기공들(P)을 갖는 망상 구조이기 때문에, 활물질 분말들(114)이 용매 없이도 기공들(P) 내에서 물리적 압착에 의해서 고정될 수 있다. 따라서, 다공성 집전체(112)와 활물질층(114a)의 접착력이 높아, 전극(110)의 계면 저항이 낮아질 수 있다.According to the step (S16) of forming the active material layer 114a, since the porous current collector 112 has a network structure with pores (P), the active material powders 114 are formed within the pores (P) without a solvent. It can be fixed by physical compression. Accordingly, the adhesion between the porous current collector 112 and the active material layer 114a is high, and the interfacial resistance of the electrode 110 can be lowered.
나아가, 종래 건식 방법에서는 활물질을 먼저 압착하여 시트로 만들고, 이러한 활물질 시트를 다시 집전체에 압착하는 이중의 압착 과정을 거쳤으나, 전술한 본 발명의 실시예들에 의하면 한번의 압착 과정을 통해서 다공성 집전체(112)에 활물질층(114a)이 형성될 수 있다. 따라서, 전술한 전극(110)의 제조 방법은 종래 건식 방법보다 공정 회수를 줄여서 생산 비용을 낮출 수 있다. Furthermore, in the conventional dry method, the active material was first compressed into a sheet, and then the active material sheet was compressed again to the current collector, which went through a double compression process. However, according to the above-described embodiments of the present invention, the porous material was formed through a single compression process. An active material layer 114a may be formed on the current collector 112. Therefore, the manufacturing method of the electrode 110 described above can reduce production costs by reducing the number of processes compared to the conventional dry method.
이러한 건식 방법은 활물질, 바인더 외에 용매를 더 혼합하는 습식 방법과 대비될 수 있다. 습식 방법은 용매를 사용하므로, 활물질층(114a)을 두껍게 만드는 데 제약이 따르고, 건조 공정이 필요하다는 점에서 비경제적이고 친환경적이 못하다. 하지만, 건식 공정의 경우, 용매 없이 활물질층(114a)을 제조할 수 있어서, 활물질층(114a)을 두께를 조절할 수 있고, 나아가 건조 공정이 필요하지 않아서 경제적이고 친환경적이라고 할 수 있다.This dry method can be compared to a wet method in which a solvent is mixed in addition to the active material and binder. Since the wet method uses a solvent, there are limitations in making the active material layer 114a thick, and a drying process is required, making it uneconomical and environmentally unfriendly. However, in the case of a dry process, the active material layer 114a can be manufactured without a solvent, so the thickness of the active material layer 114a can be adjusted, and furthermore, a drying process is not required, so it can be said to be economical and environmentally friendly.
전술한 전극(110) 및 그 제조 방법에 따르면, 활물질층(114a)을 건조 공정으로 제조하여 두께를 높일 수 있고, 건조 공정 없이 친환경적으로 제조할 수 있으며, 기존 건조 공정보다도 더 생산 비용을 낮출 수 있다.According to the electrode 110 and its manufacturing method described above, the thickness of the active material layer 114a can be increased by manufacturing it through a drying process, it can be manufactured in an environmentally friendly manner without a drying process, and the production cost can be lowered further than the existing drying process. there is.
이하에서는 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 전극 적용 시 특성을 비교 설명한다. 비교예는 활물질층을 포일 형태의 집전체 상에 건식 방법으로 적층하여 제조한 전극을 이용한 이차 전지이고, 실시예는 다공성 집전체(112)를 이용하여 활물질층(114a)을 형성한 전극(110)을 이용한 이차 전지를 나타낸다. 여기에서 이차 전지의 양극은 NCM 구조를 채용하였다.Hereinafter, the characteristics when applying electrodes according to comparative examples and embodiments of the present invention will be compared and described. The comparative example is a secondary battery using an electrode manufactured by laminating an active material layer on a foil-type current collector by a dry method, and the example is an electrode 110 in which the active material layer 114a is formed using a porous current collector 112. ) represents a secondary battery using. Here, the anode of the secondary battery adopted the NCM structure.
도 5는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 용량 특성을 보여주는 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the capacity characteristics of secondary batteries according to comparative examples and embodiments of the present invention.
도 5를 참조하면, 비교예에 비해서 실시예의 경우 용량(capacity)이 향상된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the capacity of the example is improved compared to the comparative example.
도 6은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 사이클 특성을 보여주는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing cycle characteristics of secondary batteries according to comparative examples and embodiments of the present invention.
도 6을 참조하면, 비교예에 비해서 실시예의 경우, 사이클 특성이 개선되어 수명이 향상되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the cycle characteristics are improved and the lifespan is improved in the Example compared to the Comparative Example.
따라서, 전술한 결과들로부터, 실시예의 경우 비교예에 비해서 용량과 사이클 특성 등 전기 화학적 특성이 개선된 것을 알 수 있다. 이러한 특성 개선은 실시예에서 다공성 집전체(112) 및 활물질층(114a) 사이의 접착력이 높아져 계면 저항이 낮아지고 전기 전도성이 높아졌기 때문으로 해석된다.Therefore, from the above-mentioned results, it can be seen that the electrochemical properties such as capacity and cycle characteristics of the Example were improved compared to the Comparative Example. This improvement in properties is interpreted as the result of increased adhesion between the porous current collector 112 and the active material layer 114a in the embodiment, lowering the interfacial resistance and increasing electrical conductivity.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
100: 이차 전지
110: 전극
112: 집전체
114: 활물질 분말
114a: 활물질층100: secondary battery
110: electrode
112: The whole house
114: Active material powder
114a: active material layer
Claims (10)
상기 다공성 집전체로 활물질 분말들을 제공하고 압착하여 상기 다수의 기공들을 적어도 부분적으로 채우도록 상기 다공성 집전체에 형성된 활물질층을 포함하는,
이차 전지용 전극.A porous current collector with multiple pores formed; and
Comprising an active material layer formed on the porous current collector to at least partially fill the plurality of pores by providing and compressing active material powders to the porous current collector,
Electrodes for secondary batteries.
상기 활물질층은 활물질 분말들과 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 상기 다공성 집전체로 제공한 상태로 압착하여 형성된, 이차 전지용 전극.According to claim 1,
The active material layer is formed by mixing active material powder and a binder in a dry method without a solvent and pressing them into the porous current collector.
상기 다공성 집전체의 기공 분율은 90 내지 98%인, 이차 전지용 전극.According to claim 1,
An electrode for a secondary battery, wherein the pore fraction of the porous current collector is 90 to 98%.
상기 활물질층은 상기 다공성 집전체의 다수의 기공들을 전체적으로 채우도록 형성된, 이차 전지용 전극.According to claim 1,
The active material layer is formed to entirely fill a plurality of pores of the porous current collector.
상기 다공성 집전체로 활물질 분말들을 제공하는 단계; 및
상기 다공성 집전체 및 상기 활물질 분말들을 압착하여 상기 다공성 기공들을 적어도 부분적으로 채우도록 상기 다공성 집전체에 활물질층을 형성하는 단계를 포함하는,
이차 전지용 전극의 제조 방법.Preparing a porous current collector in which multiple pores are formed;
providing active material powders to the porous current collector; and
Comprising the step of compressing the porous current collector and the active material powder to form an active material layer on the porous current collector to at least partially fill the porous pores,
Method for manufacturing electrodes for secondary batteries.
상기 활물질층을 형성하는 단계는 상기 활물질 분말들이 제공된 상기 다공성 집전체를 한 쌍의 롤러들 사이로 통과시켜서 상기 다공성 집전체 및 상기 활물질 분말들을 압착하여 수행하는, 이차 전지용 전극의 제조 방법.According to claim 6,
The step of forming the active material layer is performed by passing the porous current collector provided with the active material powder between a pair of rollers and compressing the porous current collector and the active material powder.
상기 활물질 분말들을 제공하는 단계는, 상기 다공성 집전체로 활물질 분말들 및 바인더를 용매 없이 건식 방법으로 혼합하여 제공하여 수행하는, 이차 전지용 전극의 제조 방법.According to claim 7,
The step of providing the active material powders is performed by mixing the active material powders and the binder in a dry method without a solvent and providing them to the porous current collector.
상기 활물질층을 형성하는 단계에서, 상기 활물질층은 상기 다공성 집전체의 다수의 기공들을 전체적으로 채우도록 형성되는, 이차 전지용 전극의 제조 방법.According to claim 5,
In the step of forming the active material layer, the active material layer is formed to entirely fill a plurality of pores of the porous current collector.
상기 다공성 집전체의 기공 분율은 90 내지 98%인, 이차 전지용 전극의 제조 방법.
According to claim 5,
A method of manufacturing an electrode for a secondary battery, wherein the pore fraction of the porous current collector is 90 to 98%.
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| KR1020220103599A KR20240025394A (en) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | Electrode for secondary cell, method of fabricating the same and secondary cell |
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2022
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