WO2016148447A1 - 다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Definitions

  • the binder may be a polyvinylidene fluoride (PVdF) based polymer.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • the PVdF-based polymer is polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polyvinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoro Ride-co-trifluoroethylene, polyvinylidene fluoride-co-trifluorochloroethylene, polyvinylidene fluoride-co-ethylene, and a mixture of two or more thereof. .
  • FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a method for manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart of a method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • Electrode according to the present invention is characterized in that it comprises a binder coating layer of a porous structure coated by a screen printing method using a mesh (mesh).
  • the method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention (S10) preparing an electrode including an active material layer formed on at least one surface of the current collector, (S20) adding a binder to the dispersion medium binder Obtaining an emulsion, (S30) coating the binder emulsion obtained in step (S20) on the surface of the active material layer of the electrode by a screen printing method using a mesh (mesh) to form a binder coating layer of a porous structure It can be manufactured by the process.
  • Figure 4 is a flow chart of the binder coating layer forming step included in the electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention, referring to Figure 4, the step of forming a binder coating layer (S31) is the electrode active material layer Arranging to face the mesh roll, (S32) winding the electrode in the rotational direction or the reverse direction of the mesh roll while rotating the mesh roll, and (S33) during the rotation of the mesh roll and the winding of the electrode.
  • Injecting the binder emulsion comprises coating a binder emulsion in a mesh pattern on the surface of the active material layer of the electrode.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a general screen printing process.
  • screen printing is performed by putting a paste 20 to be coated on a screen mesh 10 and then pressing down a squeegee or roller 30 onto a substrate to be coated through the mesh. It is a process of transferring the said paste.
  • Such screen printing maintains a gap of several millimeters between the screen mesh and the substrate, and the screen mesh contacts the substrate to transfer the paste at the moment the squeegee or roller passes. Coating can be made.
  • Typical screen printing processes require a step of separating the screen mesh from the substrate after coating of the paste.
  • a separate process of separating the mesh and the substrate may be omitted by using a cylindrical mesh roll instead of the screen mesh.
  • the electrode 50 is wound in the rotation direction of the mesh roll or the reverse thereof while the mesh roll is rotated.
  • the mesh surface 10 faces the active material layer of the electrode, and when the binder emulsion is injected during the rotation, the binder emulsion passing through the mesh is transferred and coated on the surface of the active material layer of the electrode, and the coated mesh
  • a porous binder coating layer may be uniformly formed in a thin thickness on the electrode.
  • the drying may be carried out at 25 to 300 °C, preferably 25 to 150 °C.
  • the drying may be performed using an air flow, wherein the amount of water vapor forming the air stream may be in the range of 1 to 589 g / m 3 .
  • the porous binder coating layer serves as an adhesive layer to improve the adhesion between them when the electrode and the separator is laminated, it may be formed to a thickness of 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the thickness of the porous binder layer is less than 0.5 ⁇ m, it is advantageous to improve the performance such as air permeability between the electrode and the separator, but the adhesive strength is not sufficient.
  • the thickness of the porous binder layer exceeds 5 ⁇ m, the adhesion between the electrode and the separator is improved.
  • porous binder layer may have various patterns as it is formed by coating using a mesh.
  • the polymer binder and the dispersion medium may be used in a weight ratio of 1:99 to 99: 1.
  • the binder coating layer may include a polyvinylidene fluoride (PVdF) -based polymer binder.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • the dispersion medium that can be used in the present invention includes acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexane, water or mixtures thereof do. These dispersion mediums are removed in the process of drying the coating layer.
  • the porous binder coating layer formed according to the present invention may not only implement thinning as an adhesive layer but also improve adhesion between the electrode and the separator while minimizing output reduction of the battery.
  • the electrode to form the porous binder coating layer is not particularly limited, and may be prepared by forming the electrode active material layer on at least one surface of the electrode current collector according to conventional methods known in the art.
  • the active material layer is natural graphite, artificial graphite or carbonaceous material; Metals (Me) that are lithium-containing titanium composite oxide (LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, or Fe; Alloys composed of the metals (Me); Oxides of the metals (Me) (MeOx); And any one active material particles selected from the group consisting of metals (Me) and a composite of carbon, or a mixture of two or more thereof.
  • the active material layer is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1 -xy- z Co x M1 y M2 z O 2
  • M1 and M2 are each independently selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo
  • x, y and z are oxides independently of each other
  • An active material particle selected from the group consisting of 0 ⁇ x ⁇ 0.5, 0 ⁇ y ⁇ 0.5, 0 ⁇ z ⁇ 0.5, 0 ⁇ x + y + z ⁇ 1 as the atomic fraction of the composition elements, or Although a mixture of two or more of these may be included, the present invention is not particularly limited thereto.
  • a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed on the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte
  • at least one of the positive electrode and the negative electrode is a lithium secondary electrode as described above
  • a battery is provided.
  • the lithium secondary battery may be a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.
  • the separator used to isolate the cathode and the anode may be used as long as it is a porous substrate commonly used in the art.
  • a porous substrate commonly used in the art.
  • a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used.
  • the porous coating layer including the inorganic particles and the binder polymer may be further provided on at least one surface of the porous substrate, but is not particularly limited thereto.
  • nonaqueous electrolyte solution used in the present invention may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt is a lithium salt.
  • the lithium salt may be used without limitation those conventionally used in the non-aqueous electrolyte for lithium secondary batteries.

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Abstract

다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극은 (S10) 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 단계; (S20) 바인더를 분산매에 첨가하여 바인더 에멀션을 수득하는 단계; 및 (S30) 상기 전극의 활물질층 표면에 단계 (S20)에서 수득한 상기 바인더 에멀션을 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 코팅하여 다공성 구조의 바인더 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로부터 제조될 수 있다.

Description

다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
본 발명은 다공성 바인더 코팅층을 구비한 전극과 이의 제조 방법, 및 상기 전극을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 3월 17일 출원된 한국특허출원 제10-2015-0036784호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서, 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 Ni-MH 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 및 그 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극 어셈블리를 전지 케이스에 수납한 후, 전해액을 주입함으로써 제조된다. 이때, 리튬 이차전지에 포함된 전극과 분리막의 접착력이 약할 경우 전지의 성능 및 안전성에 영향을 미치게 된다. 따라서, 전극과 분리막의 접착력을 확보하기 위해서 분리막 표면에 접착층을 형성하게 되며, 기존에는 접착층으로서 바인더 층을 분리막 표면에 상분리를 유도함으로써 형성해 왔는데, 이 경우 바인더 층의 박막화가 어려웠다. 전지의 성능 구현, 특히 우수한 출력을 위해서는 바인더 층이 박막으로 형성되고 다공성 구조를 유지하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 전지의 출력 저하를 최소화하면서 분리막과의 접착성을 향상시킬 수 있는 다공성 바인더 층을 구비한 전극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극에 있어서, 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 형성된 다공성 구조의 바인더 코팅층을 추가로 포함하는 전극을 제공한다.
상기 바인더 코팅층은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 PVdF계 고분자는 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-트라이클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-에틸렌, 및 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 바인더 코팅층의 두께는 0.5 내지 5㎛ 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 다공성 바인더 코팅층을 구비하는 전극은, (S10) 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 단계; (S20) 바인더를 분산매에 첨가하여 바인더 에멀션을 수득하는 단계; 및 (S30) 상기 전극의 활물질층 표면에 단계 (S20)에서 수득한 상기 바인더 에멀션을 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 코팅하여 다공성 구조의 바인더 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로부터 제조될 수 있다.
상기 단계 (S30)에서, 상기 메쉬는 롤(roll) 형태로 적용될 수 있다.
상기 단계 (S30)의 코팅층 형성 과정은, 구체적으로 (S31)상기 전극을 활물질층이 상기 메쉬 롤과 대면하도록 배치하는 단계, (S32) 상기 메쉬 롤을 회전시키면서 상기 전극을 메쉬 롤의 회전 방향 또는 그의 역방향으로 와인딩하는 단계, 및 (c) 상기 메쉬 롤의 회전 및 상기 전극의 와인딩 동안에 상기 바인더 에멀션을 투입하여 상기 전극의 활물질층 표면에 바인더 에멀션을 메쉬 패턴으로 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 코팅된 메쉬 패턴은 상기 메쉬 롤의 회전 및 상기 전극의 와인딩 동안에 건조될 수 있다.
상기 건조는 25 내지 300℃, 바람직하게는 25 내지 150℃에서 수행될 수 있다. 상기 건조는 기류(air flow)를 이용하여 수행될 수 있으며, 이때 기류를 형성하는 수증기량은 1 내지 589 g/m3의 범위일 수 있다.
상기 바인더 코팅층은 0.5 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 단계 (S20)에서, 상기 고분자 바인더와 분산매는 1:99 내지 99:1의 중량비로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자일 수 있다.
상기 PVdF계 고분자는 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-트라이클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-에틸렌, 및 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 분산매는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 다이메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 사이클로헥산, 물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 추가 일면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 상에 개재되는 분리막, 및 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는 앞서 기술된 전극인 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명에 따르면, 전극을 와인딩시키는 동안에 메쉬를 이용해 전극 상에 바인더 에멀션을 얇게 코팅할 수 있다. 이와 같이 형성된 바인더 코팅층은 박막으로 형성되고 다공성 구조를 가지므로, 이를 구비한 전극은 분리막과 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 리튬 이차 전지에의 적용시 출력 저하를 최소화할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명을 예시하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명이 그러한 도면에 기재된 사항으로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 일반적인 스크린 인쇄 공정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극의 제조 방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법에 포함된 바인더 코팅층 형성단계의 순서도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 전극은 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 코팅된 다공성 구조의 바인더 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법은 (S10) 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 단계, (S20) 바인더를 분산매에 첨가하여 바인더 에멀션을 수득하는 단계, (S30) 상기 전극의 활물질층 표면에 단계 (S20)에서 수득한 상기 바인더 에멀션을 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 코팅하여 다공성 구조의 바인더 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법에 포함된 바인더 코팅층 형성단계의 순서도이며, 도 4를 참조하면, 바인더 코팅층을 형성하는 단계(S31)는 상기 전극을 활물질층이 상기 메쉬 롤과 대면하도록 배치하는 단계, (S32) 상기 메쉬 롤을 회전시키면서 상기 전극을 메쉬 롤의 회전 방향 또는 그의 역방향으로 와인딩하는 단계, 및(S33) 상기 메쉬 롤의 회전 및 상기 전극의 와인딩 동안에 상기 바인더 에멀션을 투입하여 상기 전극의 활물질층 표면에 바인더 에멀션을 메쉬 패턴으로 코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 바인더 코팅층의 형성에 스크린 인쇄 방식을 적용한다.
도 1은 일반적인 스크린 인쇄 공정을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 스크린 인쇄는 스크린 메쉬(10) 위에 코팅하고자 하는 페이스트(20)를 투입한 후 스퀴지(squeegee) 또는 롤러(roller)(30)를 내리 누르면서 메쉬를 통해 코팅하고자 하는 기판상에 상기 페이스트를 전사하는 공정이다. 이러한 스크린 인쇄는 스크린 메쉬와 기판 사이에 수 mm의 간격을 유지하다가 스퀴지나 롤러가 통과하는 순간에 스크린 메쉬가 기판과 접촉하여 페이스트를 전사하게 되며, 이때 페이스트의 점도를 일정하게 유지하여 균일한 박막 코팅이 이루어질 수 있다. 일반적인 스크린 인쇄 공정은 페이스트의 코팅 후 스크린 메쉬를 기판으로부터 분리시키는 단계를 필요로 한다.
이에 반해, 본 발명에서는 기존의 스크린 인쇄 공정과 다르게, 스크린 메쉬 민대신 원통형의 메쉬 롤을 사용함으로써 메쉬와 기판을 분리시키는 별도의 공정을 생략할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 전극의 활물질층을 원통형의 메쉬 롤(40)과 대면하도록 배치한 후 메쉬 롤을 회전시키면서 전극(50)을 메쉬 롤의 회전 방향 또는 그의 역방향으로 와인딩시킨다. 메쉬 롤이 회전하면서 메쉬 면(10)이 전극의 활물질층과 대면하게 되고, 회전하는 동안 바인더 에멀션을 투입하게 되면 전극의 활물질층 표면에 메쉬를 통과한 바인더 에멀션이 전사되어 코팅되고, 코팅된 메쉬 패턴의 건조가 연속적으로 이루어짐으로써 전극상에 다공성의 바인더 코팅층이 얇은 두께로 균일하게 형성될 수 있다.
이러한 공정에 의하면, 전극을 와인딩하면서 상기 전극 상에 바인더 코팅층을 형성하고 건조시키는 공정을 연속적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 스크린 인쇄 공정에서 요구되었던 별도의 스크린 메쉬 분리 공정을 생략할 수 있다.
상기 건조는 25 내지 300℃, 바람직하게는 25 내지 150℃에서 수행될 수 있다. 상기 건조는 기류(air flow)를 이용하여 수행될 수 있으며, 이때 기류를 형성하는 수증기량은 1 내지 589 g/m3의 범위일 수 있다.
상기 다공성 바인더 코팅층은 전극과 분리막의 적층시에 이들 사이의 접착력을 향상시키는 접착층의 역할을 하게 되며, 0.5 내지 5㎛의 두께로 형성될 수 있다. 다공성 바인더층의 두께가 0.5 ㎛ 미만인 경우, 전극과 분리막 사이의 통기성 등의 성능 개선에는 유리하지만 접착력이 충분하지 않으며, 다공성 바인더층의 두께가 5㎛를 초과하는 경우에는 전극과 분리막 사이의 접착력 개선에는 유리하지만 통기성이 불량해 질 수 있다.
또한, 상기 다공성 바인더층은 메쉬를 이용한 코팅에 의해 형성됨에 따라 다양한 패턴을 가질 수 있다.
본 발명에서, 상기 고분자 바인더와 분산매는 1:99 내지 99:1의 중량비로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상기 바인더 코팅층은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 이 바인더는 분산매에 균일하게 분산되어 에멀션의 형태로 사용되고, 코팅 후 건조에 의한 분산매의 제거 후에는 바인더층으로서 분리막에 대해 우수한 접착력을 나타낸다.
이러한 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 바인더의 예로는 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-트라이클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로클로로에틸렌 및 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-에틸렌 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 사용될 수 있는 분산매로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 다이메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 사이클로헥산, 물 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 이들 분산매는 코팅층이 건조되는 과정에서 제거된다.
이와 같이, 본 발명에 따라 형성된 다공성 바인더 코팅층은 접착층으로서 박막화를 구현할 뿐만 아니라, 전지의 출력 저하를 최소화하면서 전극과 분리막의 접착성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서, 다공성 바인더 코팅층을 형성하려는 전극은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려져 있는 통상적인 방법에 따라 전극 활물질층을 전극 집전체의 적어도 일면에 형성함으로써 제조될 수 있다.
상기 전극이 음극인 경우, 상기 활물질층은 천연흑연, 인조흑연 또는 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 전극이 양극인 경우, 상기 활물질층은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -x-y- zCoxM1yM2zO2 (M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤≤ x < 0.5, 0 ≤≤ y < 0.5, 0 ≤≤ z < 0.5, 0 < x+y+z ≤≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 특별히 제한되지 않는다.
또한, 전극에 사용되는 집전체로서, 양극용 집전체로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 호일이 사용될 수 있고, 음극용 집전체로는 구리, 금, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 제조되는 호일이 사용될 수 있으나, 본 발명은 이에 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 추가 일면에 따르면, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 상에 개재되는 분리막, 및 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는 앞서 기술된 전극인 리튬 이차전지가 제공된다.
상기 리튬 이차전지는 리튬금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지일 수 있다.
본 발명에서 음극과 양극을 격리시키는 데에 사용되는 분리막은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으며, 또한 상기 다공성 기재의 적어도 일 면 상에 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 더 구비할 수 있으나, 이에 특별 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본 발명에서 사용되히는 비수 전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
부호의 설명
10: 스크린 메쉬
20: 페이스트
30: 스쿼지 또는 롤러
40: 메쉬롤
50: 전극

Claims (16)

  1. 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극에 있어서,
    메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 형성된 다공성 구조의 바인더 코팅층을 추가로 포함하는 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 코팅층이 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 PVdF계 고분자가 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-트라이클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-에틸렌, 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 코팅층의 두께가 0.5 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극.
  5. (S10) 집전체의 적어도 일면에 형성된 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 단계;
    (S20) 바인더를 분산매에 첨가하여 바인더 에멀션을 수득하는 단계; 및
    (S30) 상기 전극의 활물질층 표면에 단계 (S20)에서 수득한 상기 바인더 에멀션을 메쉬(mesh)를 이용하는 스크린 인쇄 방식으로 코팅하여 다공성 구조의 바인더 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는, 다공성 바인더 코팅층을 구비하는 전극의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계 (S30)에서, 상기 메쉬가 롤(roll) 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 (S30)가
    (S31) 상기 전극을 활물질층이 상기 메쉬 롤과 대면하도록 배치하는 단계,
    (S32) 상기 메쉬 롤을 회전시키면서 상기 전극을 메쉬 롤의 회전 방향 또는 그의 역방향으로 와인딩하는 단계, 및
    (S33) 상기 메쉬 롤의 회전 및 상기 전극의 와인딩 동안에 상기 바인더 에멀션을 투입하여 상기 전극의 활물질층 표면에 바인더 에멀션을 메쉬 패턴으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코팅된 메쉬 패턴이 상기 메쉬 롤의 회전 및 상기 전극의 와인딩 동안에 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건조가 25 내지 300℃ 에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 건조 단계가 기류(air flow)를 이용하여 수행되며, 상기 기류를 형성하는 수증기량이 1 내지 589 g/m3인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 바인더 코팅층이 0.5 내지 5㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제5항에 있어서,
    단계 (S20)에서, 상기 바인더와 상기 분산매는 1:99 내지 99:1의 중량비로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 바인더가 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 PVdF계 고분자가 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-코-트라이클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-트리플루오로클로로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루로라이드-코-에틸렌, 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 분산매가 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 다이메틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 사이클로헥산, 물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 상에 개재되는 분리막, 및 비수 전해액을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는 제1항에 따른 전극인 리튬 이차전지.
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