WO2021261754A1 - 저항층이 형성된 전극의 제조방법 - Google Patents

저항층이 형성된 전극의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021261754A1
WO2021261754A1 PCT/KR2021/005543 KR2021005543W WO2021261754A1 WO 2021261754 A1 WO2021261754 A1 WO 2021261754A1 KR 2021005543 W KR2021005543 W KR 2021005543W WO 2021261754 A1 WO2021261754 A1 WO 2021261754A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
active material
resistance layer
width direction
electrode active
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/005543
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이한영
정범영
윤수현
윤동식
이석우
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to US17/633,805 priority Critical patent/US20220302442A1/en
Priority to CN202180004614.5A priority patent/CN114207867A/zh
Priority to EP21827881.0A priority patent/EP3993089A4/en
Publication of WO2021261754A1 publication Critical patent/WO2021261754A1/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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/06—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying two different liquids or other fluent materials, or the same liquid or other fluent material twice, to the same side of the work
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • 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
    • H01M4/62—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an electrode in which a resistance layer is formed, and more particularly, to a method of manufacturing an electrode in which resistance layers are formed on both ends of an electrode active material layer.
  • secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte.
  • secondary batteries include a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed therebetween, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode manufacturing process
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a battery in which an overhang phenomenon occurs.
  • an electrode slurry containing an electrode active material is applied on a current collector 1 to form an electrode active material layer 2 , dried and rolled, and then notched to manufacture an electrode became
  • a positive electrode it is prepared by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and in the case of a negative electrode, it may be prepared by applying a negative electrode slurry containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector.
  • the positive electrode 13 and the negative electrode 14 manufactured as described above are alternately stacked with the separator 15 to form an electrode assembly 12 and embedded in the battery case, thereby manufacturing the battery 10 .
  • the arrangement of the positive electrode or the negative electrode is deviated from the original position, so that the end of the positive electrode exceeds the end of the negative electrode and an overhang phenomenon may occur.
  • the opposite surface of the surface on which the positive electrode tab 16 is formed may overhang as shown in (a), and an overhang phenomenon in a portion adjacent to the positive electrode tab 16 as shown in (A) and (b). This may occur (B).
  • the overhang phenomenon occurs as described above, there is a problem in that the positive electrode and the negative electrode are in direct contact, or the lithium precipitate accumulated from the negative electrode according to charging and discharging contacts the positive electrode, thereby causing a short circuit.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrode capable of improving battery safety by preventing a short circuit between a positive electrode and a negative electrode even when an overhang phenomenon occurs during the manufacturing of an electrode assembly.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode with improved productivity.
  • An electrode manufacturing method comprises the steps of forming an electrode active material layer and a resistance layer by coating an electrode slurry containing an electrode active material and a resistance layer composition containing an inorganic additive on a current collector; drying the current collector on which the electrode active material layer and the resistance layer are formed; and notching the dried current collector to form an electrode having an electrode tab formed at one end thereof, wherein the forming of the electrode active material layer and the resistance layer is performed by a single slot die having two outlets.
  • the resistance layer composition includes 60 to 90% by weight of the inorganic additive and 10 to 40% by weight of the binder.
  • the resistance layer is formed in two rows so as to be adjacent to both ends of the electrode active material layer based on the width direction of the current collector.
  • the thickness of the resistance layer is the same as the thickness of the electrode active material layer.
  • a width direction length of one of the resistance layers formed to be adjacent to both ends of the electrode active material is smaller than a width direction length of the other one.
  • the width direction length of the resistance layer having a shorter width direction among the resistance layers is 1 to 20% of the width direction length of the electrode active material layer.
  • uncoated regions are formed on the outside of the resistance layer in the width direction of the current collector, respectively, and the electrode tab is formed in any one of the uncoated regions.
  • the electrode tab is formed in an uncoated region adjacent to the resistance layer having a small width in the width direction among the resistance layers.
  • the current collector is notched so that a resistance layer having a larger width direction among the resistance layers is the same as the other resistance layer in the width direction.
  • a width direction length of one of the resistance layers formed adjacent to both ends of the electrode active material is the same as a width direction length of the other one.
  • the width direction length of any one of the resistance layers is 1 to 20% of the width direction length of the electrode active material layer.
  • uncoated regions are respectively formed on the outside of the resistance layer in the width direction of the current collector, and the electrode tab is formed in any one of the uncoated regions.
  • the slot die has a structure in which a first block, a second block, and a third block are sequentially fastened, and the interface between the first block and the second block A first outlet through which the electrode slurry is discharged is formed, and a second outlet through which the resistance layer composition is discharged is formed at the interface between the second block and the third block.
  • the present invention provides a secondary battery manufacturing method including the electrode manufacturing method as described above.
  • the present invention provides an electrode, which can be manufactured by the manufacturing method as described above.
  • the electrode has a structure in which an electrode active material layer is formed on a current collector having an electrode tab formed at one end thereof, a resistance layer is formed at both ends of the electrode active material layer, and the resistance layer includes an inorganic additive and a binder.
  • a detailed description of the resistive layer is the same as described above.
  • the present invention by forming resistance layers on both ends of the electrode active material, even when an overhang occurs during the manufacturing of the electrode assembly, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode is prevented, thereby improving the safety of the battery.
  • the electrode manufacturing method according to the present invention can improve the productivity of the process by performing the application of the electrode slurry and the resistance layer composition by one slot die having two outlets.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode manufacturing process.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the structure of a battery in which an overhang phenomenon occurs.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the sequence of the electrode manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a shape in which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied on a current collector in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a process of notching a current collector to which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied in a method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a shape in which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied on a current collector in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a process of notching a current collector to which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a process of applying an electrode slurry and a resistive layer composition on a current collector in an electrode manufacturing method according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the structure of a slot die used in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a shape of a shim member inserted into a slot die used in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a slot die used in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a shape of a shim member inserted into a slot die used in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of an electrode manufactured by the electrode manufacturing method according to the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the sequence of the electrode manufacturing method according to the present invention.
  • the method of manufacturing an electrode according to the present invention comprises the steps of forming an electrode active material layer and a resistance layer by coating an electrode slurry containing an electrode active material and a resistance layer composition containing an inorganic additive on a current collector (S10) ); drying the current collector on which the electrode active material layer and the resistance layer are formed (S20); and notching the dried current collector to form an electrode having an electrode tab formed on one end thereof (S30), wherein the forming of the electrode active material layer and the resistance layer is performed by a single slot die having two outlets formed therein. is carried out
  • an electrode slurry is applied on a current collector to form an electrode active material layer.
  • the end of the positive electrode exceeds the end of the negative electrode.
  • the overhang phenomenon occurs, there is a problem in that the positive electrode and the negative electrode are in direct contact, or lithium precipitates accumulated from the negative electrode according to charging and discharging come into contact with the positive electrode, thereby causing a short circuit.
  • resistance layers adjacent to both ends of the electrode active material layer are formed to prevent the protruding portion of the positive electrode from being electrically connected to the negative electrode even when an overhang phenomenon occurs, thereby improving battery safety.
  • the yield of the product is improved.
  • the size and number of equipment used in the process can be reduced, and the process time can be shortened, so that the productivity of the process can be improved. have.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a shape in which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied on a current collector in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • , is a schematic diagram showing the process of notching the current collector to which the electrode slurry and the resistive layer composition are applied.
  • the electrode active material layer 120 and the electrode active material layer 120 and A resistive layer 130 is formed.
  • the electrode active material layer refers to a layer formed by applying an electrode slurry containing an electrode active material to a current collector.
  • the resistance layer means a layer formed by applying the resistance layer composition to the current collector.
  • the current collector may be stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or one in which the surface of aluminum or stainless steel is surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used. have.
  • the current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, and non-woven body are possible.
  • the positive electrode current collector may be generally made to have a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • the negative electrode current collector copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, one in which the surface of copper or stainless steel is surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.
  • the negative electrode current collector may also be generally made to have a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • the electrode active material layer may include an electrode active material, a conductive material, and a binder.
  • the electrode active material may be a positive electrode active material and a negative electrode active material, and the positive active material may be a lithium-containing oxide, and may be the same or different.
  • As the lithium-containing oxide a lithium-containing transition metal oxide may be used.
  • the lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal such as aluminum (Al) or a metal oxide.
  • a metal such as aluminum (Al) or a metal oxide.
  • at least one of sulfide, selenide, and halide may be used.
  • Carbon material, lithium metal, silicon or tin may be used as the negative active material.
  • both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • Soft carbon and hard carbon are representative of low crystalline carbon
  • natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystal pitch-based carbon fiber are representative of high crystalline carbon.
  • meophase pitch based carbon fiber carbon microspheres (mesocarbon microbeads), liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and high-temperature calcined carbon such as petroleum and coal-based cokes (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) are representative.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder
  • conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate
  • conductive metal oxides such as titanium oxide
  • Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a water-insoluble polymer or a water-soluble polymer insoluble in an organic solvent and soluble in water may be used.
  • the water-insoluble polymer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide-propylene oxide copolymer (PEO-PPO), poly It may be at least one selected from the group consisting of tetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylate, and derivatives thereof.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • PAN polyacrylonitrile
  • PPO polypropylene oxide
  • PEO-PPO polyethylene oxide-propylene oxide copolymer
  • PTFE tetrafluoroethylene
  • PI polyimide
  • the water-soluble polymer includes various cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP). It may be one or more selected from.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • MC methylcellulose
  • CAP cellulose acetate phthalate
  • HPMC hydroxypropylmethylcellulose
  • HPCP hydroxypropylmethylcellulose phthalate
  • the electrode slurry may be prepared by dispersing the electrode active material, a conductive material, a binder, and the like in a solvent such as N-methyl pyrrolidone (NMP).
  • NMP N-methyl pyrrolidone
  • the resistance layer 130 may include an inorganic additive and a binder.
  • a binder that can be used for the electrode active material layer 120 as described above may be used.
  • the binder used in the resistance layer 130 may be of the same type as the binder included in the electrode active material layer 120 , or different types may be used.
  • the inorganic additive may be at least one selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, titanium dioxide, magnesium oxide, calcium carbonate, barium titanate, and the like.
  • alumina may be used in consideration of the stability of the resistance layer and the like.
  • the resistance layer 130 may include 60 to 90% by weight of the inorganic additive, specifically, 70 to 80% by weight of the inorganic additive, based on the weight of the resistance layer.
  • the binder may include 10 to 40 wt% based on the weight of the resistance layer, and specifically, 20 to 30 wt%.
  • the resistance layer composition may be prepared by dispersing an inorganic additive and a binder in a solvent.
  • a solvent different from the solvent used in the electrode slurry as the solvent, it is possible to prevent the components of both layers from mixing with each other at the interface between the resistance layer and the electrode active material layer.
  • acetone may be used as a solvent for the resistance layer composition.
  • the resistance layer 130 is an electrode active material layer ( 120) may be formed in two rows adjacent to both ends.
  • the resistance layer 120 formed at this time remains adjacent to both ends of the electrode active material layer 120 even after the current collector 110 is notched.
  • the thickness of the resistance layer 130 may be the same as the thickness of the electrode active material layer 120 .
  • the thickness means the average thickness of each layer.
  • a step may be formed at the boundary between the resistance layer and the electrode active material layer. In this case, adhesion between the separator and the electrode is difficult, and the volume of the electrode assembly may increase, which is not preferable.
  • the thickness of the resistance layer is smaller than the thickness of the electrode active material layer, the active material layer may be exposed from the resistance layer.
  • the width direction length of any one of the resistance layers 130 formed to be adjacent to both ends of the electrode active material layer 120 may be smaller than the width direction length of the other electrode active material layer 120 .
  • the length in the width direction means a direction in which an electrode tab, which will be described later, protrudes in a direction perpendicular to the coating progress direction.
  • the width direction length of the resistance layer having a relatively small width direction length is the same as the width direction length of the resistance layer formed on the finally manufactured electrode. This is because, as will be described later, the electrode tab must be formed adjacent to the resistance layer having a small width in the width direction.
  • the width direction length of the resistance layer formed so that the width direction length is relatively large is formed to be greater than the width direction length of the resistance layer formed on the finally manufactured electrode.
  • the resistance layer formed to have a relatively large length in the width direction is cut to have the width direction length of the resistance layer to be formed on the electrode finally manufactured during the notching process. This is to prevent a portion exposed on the upper surface of the current collector from being generated by directly cutting a portion of the resistance layer formed on the current collector during the notching process.
  • the width direction length d2 of the resistance layer having a shorter width direction among the resistance layers 130 may be 1 to 20% of the width direction length d1 of the electrode active material layer.
  • the width direction length d2 of the resistance layer having a shorter width direction length may be in the range of 1 to 10% of the width direction length d1 of the electrode active material layer, and more specifically in the range of 1 to 5%.
  • the width direction length of the resistance layer having a short width direction length is the same as the width direction length of the resistance layer formed on the finally manufactured electrode.
  • the length d2 in the width direction is less than the above range, the area of the resistance layer becomes small, so that the positive active material layer may be exposed when an overhang occurs.
  • the length d2 in the width direction exceeds the above range, the volume of the active material is relatively reduced. As a result, the capacitance of the electrode decreases.
  • the uncoated region 140 is formed on the outside of the resistance layer 130 in the width direction of the current collector 110, respectively, and the The electrode tab 111 may be formed on any one of the uncoated regions 140 .
  • the electrode tab 111 may be formed adjacent to, for example, a resistance layer having a small width in the width direction among resistance layers formed in two rows adjacent to both ends of the electrode active material layer 120 . In this case, since the electrode tab is not formed outside the resistance layer having a large length in the width direction, it is possible not to form the uncoated region.
  • the resistance layer having a large length in the width direction may be cut to have a predetermined length in the width direction during the notching process.
  • the current collector 110 may be notched so that a resistance layer having a larger width in the width direction is the same as the other one of the resistance layers in the width direction.
  • the width direction length of the resistance layer may be different from each other according to the performance of the electrode to be implemented.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a shape in which an electrode slurry and a resistive layer composition are applied on a current collector in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the process of notching the current collector to which the electrode slurry and the resistive layer composition are applied.
  • the width direction length of one of the resistance layers 130 formed to be adjacent to both ends of the electrode active material layer 120 may be the same as the width direction length of the other electrode active material layer 120 .
  • the width direction length of the resistance layer 130 is the same as the width direction length of the resistance layer formed on the finally manufactured electrode.
  • the width direction length d2 of any one of the resistance layers may be 1 to 20% of the width direction length d1 of the electrode active material layer, specifically 1 to 10%, and more specifically 1 to 5%. It can be %.
  • uncoated regions 140 are respectively formed on the outside of the resistance layer 130 in the width direction of the current collector 110 , and the electrode tabs 111 are formed in any one of the uncoated regions 140 . do. In addition, it is also possible not to form the uncoated region in the portion where the electrode tab is not formed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a process of applying an electrode slurry and a resistive layer composition on a current collector in an electrode manufacturing method according to the present invention
  • FIG. 9 is a slot die used in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the structure.
  • 10 is a schematic diagram illustrating a shape of a shim member inserted into a slot die used in an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the step of forming the electrode active material layer and the resistance layer is performed by one slot die 200 having two outlets 250 formed therein. Accordingly, the size and number of equipment used in the process can be reduced, and the process time can be shortened, so that the productivity of the process can be improved.
  • the shape of the slot die is not particularly limited.
  • the slot die 200 includes a first block 210 , a second block 220 , and a third block 230 .
  • a first outlet 251 through which the electrode slurry is discharged is formed at the interface between the first block 210 and the second block 220 , and the interface between the second block 220 and the third block 230 .
  • a second discharge port 252 through which the resistance layer composition including the inorganic additive and the binder is discharged may be formed.
  • the second outlet 252 through which the resistance layer composition is discharged is located upstream from the first outlet 251 through which the electrode slurry is discharged, so that the resistance layer composition is discharged relatively earlier than the electrode slurry.
  • the first outlet 251 is positioned upstream from the second outlet 252 , it is also possible that the electrode slurry is discharged relatively earlier than the resistive layer composition.
  • the slot die 200 is positioned on one surface of the current collector 110 to discharge the resistive layer composition 131 and the electrode slurry 121 through the outlet 250 .
  • a conveyor 260 is formed on the opposite surface of the current collector 110 adjacent to the slot die 200 , the conveyor 260 transports the current collector 110 , and electrode slurry and resistance to the current collector 110 . It serves to support the current collector 110 so that the layer composition is coated.
  • the electrode slurry and the resistance layer composition are formed by stirring the raw materials constituting them, respectively, and then filtered through a sieve or filter to increase dispersion, and then transferred to the slot die 200 .
  • the electrode slurry and the resistance layer composition transferred to the slot die 200 are transferred to the outlet 250 via a slurry supply pipe (not shown) and a manifold (not shown) in which the supplied slurry is temporarily stored, and the outlet 250 ) is applied on the current collector 110 by being discharged from.
  • the resistance layer composition 131 is applied to the upper surface of the current collector 110 , and is applied to be adjacent to both ends of the electrode slurry 121 .
  • the current collector 110 is continuously transferred by the conveyor 260 .
  • the current collector on which the resistance layer 130 and the electrode active material layer 120 are formed is then transferred to a dryer (not shown), then pressed through a rolling roll (not shown) and then subjected to a notching process to manufacture an electrode.
  • a shim member 240 may be interposed between each die to form the first outlet 251 and the second outlet 252 .
  • the first shim member 241 is interposed between the first block 210 and the second block 220
  • the second shim member 242 is interposed between the second block 220 and the third block 230 . may be interposed.
  • the first shim member 241 includes a hollow communicating with the manifold on a plate having the same size as the inner surfaces of the first block 210 and the second block 220, and one side of the first shim member 241 is opened so that the electrode slurry is discharged. An opening through which discharge can be formed is formed. The opening portion serves as a discharge port when assembling the slot die.
  • the second shim member 242 includes a hollow communicating with the manifold on a plate having the same size as the inner surfaces of the second block 220 and the third block 230, and one side is open to form a resistance layer composition An opening through which this can be discharged is formed.
  • the opening portion serves as a discharge port when assembling the slot die.
  • the shapes of the first shim member 241 and the second shim member 242 are The shape of silver should be adjusted according to the pattern to be applied.
  • the hollow formed in the first shim member 241 has the same shape as the manifold to apply the electrode slurry to the center of the current collector, but the hollow formed in the second shim member 242 is formed at both ends of the electrode slurry.
  • a barrier rib is formed in the center so as to discharge the resistance layer composition to adjacent positions.
  • the resistance layer composition is applied in two rows so that the lengths in the width direction are different from each other. can
  • the first shim member 241 and the second shim member 242 may have the same thickness.
  • the first outlet 251 and the second outlet 252 are relative to each other in the width direction. They may be spaced apart by a certain distance.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a slot die used in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a shim member inserted into a slot die used in an electrode manufacturing method according to another embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the shape of
  • a shim member 340 may be interposed between each die to form the first outlet 351 and the second outlet 352 .
  • a first shim member 341 is interposed between the first block 310 and the second block 320
  • a second shim member 342 is interposed between the second block 320 and the third block 330 . may be interposed.
  • the first shim member 341 includes a hollow communicating with the manifold on a plate having the same size as the inner surfaces of the first block 310 and the second block 320, and one side of the first shim member 341 is open so that the electrode slurry is discharged. An opening through which discharge can be formed is formed. The opening portion serves as a discharge port when assembling the slot die.
  • the second shim member 342 includes a hollow communicating with the manifold on a plate having the same size as the inner surfaces of the second block 320 and the third block 330, and one side is opened to form a resistance layer composition An opening through which this can be discharged is formed.
  • the opening portion serves as a discharge port when assembling the slot die.
  • the hollow formed in the first shim member 341 has the same shape as the manifold to apply the electrode slurry to the center of the current collector, but the hollow formed in the second shim member 342 is adjacent to both ends of the electrode slurry A barrier rib is formed in the center to discharge the resistance layer composition at a position where
  • the resistance layer composition must be applied so that the lengths in the width direction are equal to each other, the width direction length of any one of the hollows divided by the partition wall in the second shim member 342 may be formed to be the same as the width direction length of the other one. have.
  • the thickness of the first shim member 341 and the second shim member 342 may be the same as each other.
  • the first outlet 351 and the second outlet 352 are relative to each other in the width direction. They may be spaced apart by a certain distance.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of an electrode manufactured by the electrode manufacturing method according to the present invention.
  • the electrode has a structure in which an electrode active material layer 120 is formed on a current collector having an electrode tab 111 formed at one end thereof, and a resistance layer ( 130) is the formed structure.
  • the resistance layer 130 and the electrode active material layer 120 may be formed on one or both surfaces of the current collector 110 .
  • FIG. 13 (a) of FIG. 13 shows an electrode in which a resistive layer 130 and an electrode active material layer 120 are formed on one surface of the current collector 110, and FIG. 2 (b) is a current collector. An electrode in which a resistive layer 130 and an electrode active material layer 120 are formed on both surfaces of 110 is shown.
  • the width direction length of any one of the resistance layers 130 adjacent to both ends of the electrode active material layer 120 is in the range of 1 to 20% of the width direction length of the electrode active material layer, specifically 1 to 10%, More specifically, it may be in the range of 1 to 5%.
  • the thickness of the resistance layer 130 may be the same as the thickness of the electrode active material layer 120 .
  • the interface between the electrode active material layer 120 and the resistance layer 130 is shown in a vertical shape with respect to the current collector.
  • the interface may be inclined. have.
  • the resistive layer composition when the resistive layer composition is discharged before the electrode slurry, the resistive layer is formed relatively first on the current collector and the end of the electrode active material layer covers the end of the resistive layer.
  • the resistive layer is formed on the electrode A slope may be formed in the form of digging into the bottom of the active material layer.
  • the electrode active material layer is formed relatively first on the current collector so that the electrode active material layer digs under the resistive layer may be inclined.
  • the present invention provides a method for manufacturing a secondary battery including the method for manufacturing an electrode as described above.
  • the secondary battery may be manufactured by accommodating an electrode assembly having a structure in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are alternately stacked inside a battery case. At this time, at least one of the positive electrode and the negative electrode may be manufactured by the manufacturing method as described above so that the resistance layer is formed on both ends of the active material layer.
  • the electrode assembly is not particularly limited as long as it has a structure including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive and negative electrodes, and may be, for example, a jelly-roll type, a stack type, or a stack/folding type.
  • the battery case is not particularly limited as long as it is used as an exterior material for battery packaging, and a cylindrical, prismatic, or pouch type may be used, but in detail, the battery cell may be a pouch type battery cell.
  • the battery case is usually made of an aluminum laminate sheet, provides a space for accommodating the electrode assembly, and has a pouch shape as a whole.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured by embedding an electrode assembly in the receiving part of the battery case, injecting electrolyte, and then thermally sealing the outer peripheral surface where the upper pouch and the lower pouch of the battery case are in contact to form a sealing part. Since other pouch-type batteries are known to those skilled in the art, detailed descriptions thereof will be omitted.

Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지하며, 생산성이 향상된 전극의 제조방법에 관한 것으로, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계; 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.

Description

저항층이 형성된 전극의 제조방법
본 출원은 2020.06.25. 자 한국 특허 출원 제 10-2020-0077562호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 저항층이 형성된 전극의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 전극 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성된 전극의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이며, 도 2는 오버행 현상이 발생한 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전극 제조방법에서는 집전체(1) 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포히여 전극 활물질층(2)을 형성하고, 이를 건조 및 압연한 후 노칭하여 전극이 제조되었다. 양극의 경우 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리를 도포함으로써 제조되며, 음극의 경우 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포함으로써 제조될 수 있다.
이와 같이 제조된 양극(13) 및 음극(14)은 분리막(15)과 교번 적층되어 전극 조립체(12) 형태로 제조되어 전지 케이스 내부에 내장됨으로써 전지(10)가 제조된다. 이 때 전극 조립체 제조시 양극 또는 음극의 배열이 정위치에서 벗어남으로써 양극의 단부가 음극의 단부를 넘어서는 오버행(overhang) 현상이 발생할 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, (a)와 같이 양극 탭(16)이 형성된 면의 반대면이 오버행될 수 있으며(A), (b)와 같이 양극 탭(16)에 인접한 부분에 오버행 현상이 발생할 수 있다(B). 이와 같이 오버행 현상이 발생할 경우 양극과 음극이 직접 접촉하거나, 충방전에 따라 음극으로부터 누적된 리튬 석출물 양극과 접촉하여 단락이 발생하는 문제가 있다.
따라서 이러한 문제 해결을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 생산성이 향상된 전극 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법은, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계; 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.
상기 저항층 조성물은 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함하며, 바인더를 10 내지 40중량% 포함한다.
또한, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계에서, 상기 저항층은 집전체의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 상기 저항층의 두께는 전극 활물질층 두께와 동일하다.
하나의 예에서, 상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작다.
상기 저항층 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 전극 활물질층 폭 방향 길이의 1 내지 20%이다.
구체적인 예에서, 상기 집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성된다.
구체적인 예에서, 상기 전극 탭은 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접한 무지부에 형성된다.
또한, 상기 전극을 형성하는 단계에서, 상기 집전체는, 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭된다.
다른 하나의 예에서, 상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일하다.
구체적인 예에서, 상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층 폭 방향 길이의 1 내지 20%이다.
이 때, 집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며, 상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 전극 제조방법에서, 제1항에 있어서, 상기 슬롯 다이는 제1 블록, 제2 블록 및 제3 블록이 순차적으로 체결된 구조이며, 제1 블록과 제2 블록 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구가 형성되고, 상기 제2 블록과 제3 블록 사이의 계면에는 상기 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구가 형성된다.
또한 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전극 제조방법을 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전극을 제공하는 바, 이는 앞서 설명한 바와 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극은 일측 단부에 전극 탭이 형성된 집전체 상에 전극 활물질층이 형성된 구조이며, 전극 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성되고, 상기 저항층은 무기 첨가제 및 바인더를 포함한다. 상기 저항층에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명은 전극 활물질의 양 단부에 저항층을 형성함으로써, 전극 조립체 제조시 오버행 현상이 발생하더라도 양극과 음극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전극 제조방법은 전극 슬러리 및 저항층 조성물의 도포를 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행함으로써, 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 오버행 현상이 발생한 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 제조방법에서 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 도포하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명에 따른 전극 제조방법에 의해 제조된 전극의 구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극의 제조방법은 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계(S10); 전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계(S20); 및 건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계(S30)를 포함하며, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행된다.
전술한 바와 같이, 종래의 전극 제조방법에서는 집전체 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 활물질층을 형성하였는바, 전극 조립체 형성시 양극과 음극의 배열이 어긋남에 따라 양극의 단부가 음극의 단부를 넘어서는 오버행 현상이 발생할 경우, 양극과 음극이 직접 접촉하거나, 충방전에 따라 음극으로부터 누적된 리튬 석출물이 양극과 접촉하여 단락이 발생하는 문제가 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전극의 제조방법에서는 전극 활물질층의 양 단부에 이와 인접한 저항층을 형성하여 오버행 현상이 발생해도 양극의 돌출된 부분이 음극과 전기적으로 연결되는 것을 방지함으로써 전지의 안전성을 확보할 수 있다. 이에 따라 전지 내부에서 단락에 의한 불량품의 발생률이 저하하므로 제품의 수율이 향상되는 효과가 있다.
또한 상기 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 하나의 슬롯 다이에 의해 집전체에 도포함으로써, 공정에 사용되는 장비의 크기 및 개수를 줄일 수 있고, 공정 시간이 단축될 수 있으므로, 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전극의 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발 명에 따른 전극 제조방법에서, 먼저 집전체(110) 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물이 도포됨으로써 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)이 형성된다.
본 발명의 명세서에서, 전극 활물질층이란 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리가 집전체에 도포됨으로써 형성되는 층을 의미한다. 아울러 저항층이란 저항층 조성물이 집전체에 도포됨으로써 형성되는 층을 의미한다.
본 발명에 따른 전극에서, 집전체는 도전성이 양호한 금속으로 이루어지는 도전성 부재가 사용될 수 있다. 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 전극이 양극일 경우, 양극 집전체는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다.
음극 집전체의 경우 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 음극 집전체 또한 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다.
한편, 전극 활물질층은 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질은 양극 활물질 및 음극 활물질일 수 있는데, 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO 2(0.5<x<1.3), Li xNiO 2(0.5<x<1.3), Li xMnO 2(0.5<x<1.3), Li xMn 2O 4(0.5<x<1.3), Li x(Ni aCo bMn c)O 2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), Li xNi 1-yCo yO 2(0.5<x<1.3, 0<y<1), Li xCo 1-yMn yO 2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), Li xNi 1-yMn yO 2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Li x(Ni aCo bMn c)O 4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), Li xMn 2-zNi zO 4(0.5<x<1.3, 0<z<2), Li xMn 2-zCo zO 4(0.5<x<1.3, 0<z<2), Li xCoPO 4(0.5<x<1.3) 및 Li xFePO 4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속 산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
음극 활물질로는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 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 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.
상기 바인더는 유기 용제에 대해 가용성이고 물에 대해 비가용성을 때는 비수용성 폴리머 또는 유기 용제에 대해 불용성이고 물에 대해 가용성을 띠는 수용성 폴리머를 사용할 수 있다. 비수용성 폴리머로는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체(PEO-PPO), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴레이트 및 그 유도체를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
수용성 폴리머로는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 아세트산프탈산셀룰로오스(CAP), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스프탈레이트(HPMCP) 등 다양한 셀룰로오스 유도체를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
전극 슬러리는 상기 전극 활물질, 도전재, 바인더 등을 N-메틸 피롤리돈(NMP)와 같은 용매에 분산시켜 제조할 수 있다.
한편, 상기 저항층(130)은 무기 첨가제 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 전술한 바와 같은 전극 활물질층(120)에 사용될 수 있는 바인더를 사용할 수 있다. 한편, 상기 저항층(130)에 사용되는 바인더는 전극 활물질층(120)에 포함되는 바인더와 서로 동일한 종류를 사용할 수도 있고, 서로 상이한 종류를 사용하는 것도 가능하다.
상기 무기 첨가제로는, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 이산화티탄, 산화마그네슘, 탄산칼슘, 티탄산 바륨 등을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 그 중에서도, 저항층의 안정성 등을 고려할 때 알루미나를 사용할 수 있다.
상기 저항층(130)은, 저항층의 중량을 기준으로 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함할 수 있고, 상세하게는 무기 첨가제를 70 내지 80중량% 포함할 수 있다. 이에 따라, 바인더는 저항층의 중량을 기준으로 10 내지 40중량% 포함할 수 있으며, 상세하게는 20 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 무기 첨가제 및 바인더의 함량이 상기 범위일 때 저항층이 집전체 상에 안정적으로 결착되면서도, 저항층 내부의 저항 증가를 확보할 수 있다. 무기 첨가제의 함량이 60중량% 미만이고, 바인더의 함량이 40중량%를 초과할 경우 저항층의 결착력이 증가하나 저항층의 내부 저항이 감소할 수 있다. 반면에 무기 첨가제의 함량이 90%를 초과하고, 바인더의 함량이 10%미만일 경우, 바인더 함량이 적어 저항층이 집전체로부터 쉽게 탈리할 수 있다.
상기 저항층 조성물은 무기 첨가제 및 바인더를 용매에 분산시켜 제조될 수 있다. 상기 용매로는 전극 슬러리에 사용되는 용매와 다른 것을 사용함으로써, 저항층과 전극 활물질층의 계면에서 양 층의 성분이 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 전극 슬러리의 용매로서 NMP를 사용할 경우, 저항층 조성물의 용매로는 아세톤을 사용할 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)을 형성하는 단계에서, 상기 저항층(130)은 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성될 수 있다. 이 때 형성된 저항층(120)은 집전체(110)의 노칭 이후에도 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접한 형태로 남아있게 된다.
상기 저항층(130)의 두께는 전극 활물질층(120) 두께와 동일할 수 있다. 여기서 두께란 각 층의 평균 두께를 의미한다. 저항층의 두께가 전극 활물질층의 두께보다 클 경우 저항층과 전극 활물질층의 경계에 단차가 형성될 수 있다. 이 경우 분리막과 전극 사이의 밀착이 어려우며, 전극 조립체의 부피가 증가할 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 저항층의 두께가 전극 활물질층의 두께보다 작을 경우 활물질층이 저항층으로부터 노출될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층(130) 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작을 수 있다. 본 발명에서 폭 방향 길이란 코팅 진행 방향에 수직인 방향으로, 후술하는 전극 탭이 돌출되는 방향을 의미한다. 이 때 폭 방향 길이가 상대적으로 작은 저항층의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 바와 같이 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접하도록 전극 탭이 형성되어야 하기 때문이다. 반대로, 폭 방향 길이가 상대적으로 크도록 형성되는 저항층의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이보다 크게 형성된다. 폭 방향 길이가 상대적으로 크도록 형성되는 저항층은 노칭 과정에서 최종적으로 제조되는 전극에 형성하고자 하는 저항층의 폭 방향 길이가 되도록 커팅된다. 이는 노칭 과정에서 집전체 상에 형성된 저항층 부분을 직접 커팅함으로써 집전체의 상면에 노출되는 부분이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
구체적으로, 상기 저항층(130) 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이(d2)는, 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 20%일 수 있다. 상세하게는, 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이(d2)는, 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 10% 범위일 수 있고, 더욱 상세하게는 1 내지 5%의 범위일 수 있다. 전술한 바와 같이 폭 방향 길이가 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하다. 폭 방향 길이(d2)가 상기 범위 미만일 경우 저항층의 면적이 작아지므로 오버행 현상 발생시 양극 활물질층이 노출될 수 있으며, 폭 방향 길이(d2)가 상기 범위를 초과할 경우 활물질의 부피가 상대적으로 감소하여 전극의 용량이 감소하게 된다.
이와 같이 전극 활물질층(120) 및 저항층(130)이 형성되었을 때, 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층(130)의 외측에는 각각 무지부(140)가 형성되며, 상기 전극 탭(111)은 상기 무지부(140) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
그 중에서도, 전극 탭(111)은, 예를 들어 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하여 2열로 형성된 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접하도록 형성될 수 있다. 이 때 폭 방향 길이가 큰 저항층의 외측에는 전극 탭이 형성되지 않으므로, 무지부를 형성하지 않는 것도 가능하다.
저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층은 노칭 과정에서 소정의 폭 방향 길이를 갖도록 커팅될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극을 형성하는 단계에서, 상기 집전체는(110), 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭될 수 있다. 다만 구현하고자 하는 전극의 성능에 따라 저항층의 폭 방향 길이를 서로 다르게 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 형상을 나타낸 모식도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서, 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 도포된 집전체를 노칭하는 공정을 나타낸 모식도이다.
다른 하나의 예에서, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층(130) 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일할 수 있다. 이 경우 저항층(130)의 폭 방향 길이는 최종적으로 제조되는 전극에 형성되는 저항층의 폭 방향 길이와 동일하다.
상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이(d2)는 전극 활물질층 폭 방향 길이(d1)의 1 내지 20%일 수 있으며, 상세하게는 1 내지 10%일 수 있고, 더욱 상세하게는 1 내지 5%일 수 있다.
이 때 집전체(110)의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층(130)의 외측에는 각각 무지부(140)가 형성되며, 상기 전극 탭(111)은 상기 무지부(140) 중 어느 하나에 형성된다. 아울러 전극 탭이 형성되지 않는 부분에는 무지부를 형성하지 않는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 제조방법에서 집전체 상에 전극 슬러리 및 저항층 조성물을 도포하는 공정을 나타낸 모식도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구(250)가 형성된 하나의 슬롯 다이(200)에 의해 수행된다. 이로써 공정에 사용되는 장비의 크기 및 개수를 줄일 수 있고, 공정 시간이 단축될 수 있으므로, 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
슬롯 다이에 두 개의 토출구가 형성되어 있으면 그 슬롯 다이의 형상에 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 상기 슬롯 다이(200)는 제1 블록(210), 제2 블록(220) 및 제3 블록(230)이 순차적으로 체결된 구조이다. 제1 블록(210)과 제2 블록(220) 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구(251)가 형성되고, 상기 제2 블록(220)과 제3 블록(230) 사이의 계면에는 상기 무기 첨가제 및 바인더를 포함하는 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구(252)가 형성될 수 있다.
한편, 도 8에는 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구(252)가 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구(251)보다 상류에 위치하여, 저항층 조성물이 전극 슬러리보다 상대적으로 먼저 토출되는 것으로 도시되었는데, 제1 토출구(251)가 제2 토출구(252)보다 상류에 위치함으로써 전극 슬러리가 저항층 조성물보다 상대적으로 먼저 토출되는 것 또한 가능하다.
또한, 도 8을 참조하면, 슬롯 다이(200)는 집전체(110)의 일 면에 위치하여 토출구(250)를 통해 저항층 조성물(131) 및 전극 슬러리(121)를 토출하게 된다. 슬롯 다이(200)와 인접한 집전체(110)의 반대면에는 컨베이어(260)가 형성되어 있으며, 상기 컨베이어(260)는 집전체(110)를 이송하고, 집전체(110)에 전극 슬러리 및 저항층 조성물이 코팅되도록 집전체(110)를 지지하는 역할을 수행한다.
상기 전극 슬러리 및 저항층 조성물은 이를 구성하는 원료가 각각 교반되어 형성된 후, 시브나 필터 등을 통해 필터링되어 분산도를 높인 다음 슬롯 다이(200)로 이송된다. 슬롯 다이(200)로 이송된 전극 슬러리 및 저항층 조성물은 슬러리 공급관(미도시) 및 공급된 슬러리가 일시적으로 저장되는 매니폴드(미도시)를 경유하여 토출구(250)로 이송되며, 토출구(250)에서 토출됨으로써 집전체(110) 상에 도포된다. 이 때 저항층 조성물(131)은 집전체(110)의 상면에 도포되되, 전극 슬러리(121)의 양 단부에 인접하도록 도포된다.
. 상기 집전체(110)는 컨베이어(260)에 의해 연속적으로 이송된다. 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 집전체는 이후 건조기(미도시)로 이송되며, 이후 압연 롤(미도시)을 거쳐 압착된 후 노칭 과정을 거쳐 전극으로 제조된다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 토출구(251) 및 제2 토출구(252)를 형성하기 위하여 각 다이 사이에는 심 부재(240)가 개재될 수 있다. 구체적으로 제1 블록(210)과 제2 블록(220) 사이에는 제1 심 부재(241)가 개재되며, 제2 블록(220)과 제3 블록(230) 사이에는 제2 심 부재(242)가 개재될 수 있다.
상기 제1 심 부재(241)는 상기 제1 블록(210)과 제2 블록(220)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면은 개방되어 전극 슬러리가 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
상기 제2 심 부재(242)는 상기 제2 블록(220)과 제3 블록(230)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면이 개방되어 저항층 조성물이 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
한편, 상기 제1 심 부재(241) 및 제2 심 부재(242)는 각 블록 사이에 개재되어 토출구(250)를 형성하므로, 제1 심 부재(241) 및 제2 심 부재(242)의 형상은 도포하고자 하는 패턴에 따라 그 형상이 조절되어야 한다.
구체적으로, 제1 심 부재(241)에 형성된 중공은 집전체의 중심부에 전극 슬러리를 도포하도록 매니폴드와 동일한 형상으로 이루어져 있으나, 제2 심 부재(242)에 형성된 중공은 전극 슬러리의 양측 단부에 인접하는 위치에 저항층 조성물을 토출하도록 가운데에 격벽이 형성되어 있다. 또한 저항층 조성물은 폭 방향 길이가 서로 다르도록 2열로 도포되는바, 제2 심 부재(242)에서 격벽으로 나뉘어진 중공 중 어나 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작도록 형성될 수 있다.
한편, 심 부재(240)의 두께는 도포되는 물질의 두께를 결정하므로, 제1 심 부재(241)와 제2 심 부재(242)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
한편, 도 9에 도시하지는 않았으나, 저항층 조성물 및 전극 슬러리가 도포 이후 평탄화되면서 양측으로 확장되는 것을 고려하여, 제1 토출구(251)와 제2 토출구(252)는 폭 방향을 기준으로 서로에 대해 일정 거리로 이격될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법에서 사용되는 슬롯 다이에 삽입되는 심 부재의 형상을 나타낸 모식도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 토출구(351) 및 제2 토출구(352)를 형성하기 위하여 각 다이 사이에는 심 부재(340)가 개재될 수 있다. 구체적으로 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 사이에는 제1 심 부재(341)가 개재되며, 제2 블록(320)과 제3 블록(330) 사이에는 제2 심 부재(342)가 개재될 수 있다.
상기 제1 심 부재(341)는 상기 제1 블록(310)과 제2 블록(320)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면은 개방되어 전극 슬러리가 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
상기 제2 심 부재(342)는 상기 제2 블록(320)과 제3 블록(330)의 내면과 동일한 크기의 플레이트 상에 매니폴드와 연통되는 중공을 포함하고, 일측면이 개방되어 저항층 조성물이 토출될 수 있는 개구를 형성한다. 상기 개구 부분은 슬롯 다이 조립시 토출구로 작용한다.
한편, 제1 심 부재(341)에 형성된 중공은 집전체의 중심부에 전극 슬러리를 도포하도록 매니폴드와 동일한 형상으로 이루어져 있으나, 제2 심 부재(342)에 형성된 중공은 전극 슬러리의 양측 단부에 인접하는 위치에 저항층 조성물을 토출하도록 가운데에 격벽이 형성되어 있다. 또한 저항층 조성물은 폭 방향 길이가 서로 동일하도록 도포되어야 하므로, 제2 심 부재(342)에서 격벽으로 나뉘어진 중공 중 어나 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 심 부재(341)와 제2 심 부재(342)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
아울러, 도 11에 도시하지는 않았으나, 저항층 조성물 및 전극 슬러리가 도포 이후 평탄화되면서 양측으로 확장되는 것을 고려하여, 제1 토출구(351)와 제2 토출구(352)는 폭 방향을 기준으로 서로에 대해 일정 거리로 이격될 수도 있다.
도 13은 본 발명에 따른 전극 제조방법에 의해 제조된 전극의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 전극은 일측 단부에 전극 탭(111)이 형성된 집전체 상에 전극 활물질층(120)이 형성된 구조이며, 상기 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접하도록 저항층(130)이 형성된 구조이다.
이 때, 상기 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)은 집전체(110)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 집전체(110)의 일면에 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 전극을 도시한 것이며, 도 2의 (b)는 집전체(110)의 양면에 저항층(130) 및 전극 활물질층(120)이 형성된 전극을 도시한 것이다.
이 때, 전극 활물질층(120)의 양 단부에 인접한 저항층(130) 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층의 폭 방향 길이의 1 내지 20% 범위이며, 상세하게는 1 내지 10%, 더욱 상세하게는 1 내지 5%의 범위일 수 있다.
아울러, 상기 저항층(130)의 두께는 전극 활물질층(120)의 두께와 동일할 수 있다.
또한, 도 13에는 전극 활물질층(120)과 저항층(130) 사이의 계면이 집전체에 대하여 수직 형상으로 도시되었는데, 전극 슬러리와 저항층 조성물의 토출 순서에 따라 상기 계면은 경사가 형성될 수 있다. 예를 들어, 저항층 조성물이 전극 슬러리보다 먼저 토출될 경우, 저항층이 집전체 상에 상대적으로 먼저 형성되면서 전극 활물질층의 단부가 저항층의 단부를 덮는 형태가 되며, 이 경우 저항층이 전극 활물질층의 아래로 파고들어가는 형태로 경사가 형성될 수 있다. 아울러, 전극 슬러리가 저항층 조성물보다 먼저 토출될 경우, 전극 활물질층이 집전체 상에 상대적으로 먼저 형성됨에 따라 전극 활물질층이 저항층의 아래로 파고 들어가는 형태로 경사가 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 전극의 제조방법을 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 이차전지는 전지 케이스의 내부에 양극, 분리막 및 음극이 교번하여 적층된 구조의 전극 조립체가 수납하여 제조할 수 있다. 이 때, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성되도록, 앞서 설명한 바와 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 또한 상기 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되어 있는 분리막을 포함하는 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등이 될 수 있다.
상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 상기 전지셀은 파우치형 전지셀일 수 있다. 파우치형 전지셀의 경우 전지케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 파우치형 이차전지는 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스의 상부 파우치와 하부 파우치가 접하는 외주면을 열융착하여 실링부를 형성하는 과정을 통해 제조된다. 기타 파우치형 전지에 관한 내용은 당업자에게 공지된 것이므로 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
[부호의 설명]
1, 110: 집전체
2, 120: 전극 활물질층
111: 전극 탭
121: 전극 슬러리
130: 저항층
131: 저항층 조성물
140: 무지부
200, 300: 슬롯 다이
210, 310: 제1 블록
220, 320: 제2 블록
230, 330: 제3 블록
240, 340: 심 부재
241, 341: 제1 심 부재
242, 342: 제2 심 부재
250: 토출구
251, 351: 제1 토출구

Claims (15)

  1. 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리 및 무기 첨가제를 포함하는 저항층 조성물을 도포하여 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계;
    전극 활물질층 및 저항층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및
    건조된 집전체를 노칭하여 일측 단부에 전극 탭이 형성된 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계는 두 개의 토출구가 형성된 하나의 슬롯 다이에 의해 수행되는 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항층 조성물은 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함하며, 바인더를 10 내지 40중량% 포함하는 전극 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질층 및 저항층을 형성하는 단계에서,
    상기 저항층은 집전체의 폭 방향을 기준으로 전극 활물질층의 양 단부에 인접하도록 2열로 형성되는 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항층의 두께는 전극 활물질층 두께와 동일한 전극 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이보다 작은 전극 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저항층 중 폭 방향 길이가 더 짧은 저항층의 폭 방향 길이는, 전극 활물질층 폭 방향 길이의 10 내지 30%인 전극 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며,
    상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성되는 전극 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극 탭은 저항층 중 폭 방향 길이가 작은 저항층에 인접한 무지부에 형성되는 전극 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계에서,
    상기 집전체는, 저항층 중 폭 방향 길이가 큰 저항층이 다른 하나의 폭 방향 길이와 동일하도록 노칭되는 전극 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 전극 활물질의 양 단부에 인접하도록 형성되는 저항층 중 하나의 폭 방향 길이는 다른 하나의 폭 방향 길이와 서로 동일한 전극 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저항층 중 어느 하나의 폭 방향 길이는 전극 활물질층 폭 방향 길이의 10 내지 30%인 전극 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    집전체의 폭 방향을 기준으로 상기 저항층의 외측에는 각각 무지부가 형성되며,
    상기 전극 탭은 상기 무지부 중 어느 하나에 형성되는 전극 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯 다이는 제1 블록, 제2 블록 및 제3 블록이 순차적으로 체결된 구조이며,
    제1 블록과 제2 블록 사이의 계면에는 상기 전극 슬러리가 토출되는 제1 토출구가 형성되고,
    상기 제2 블록과 제3 블록 사이의 계면에는 상기 저항층 조성물이 토출되는 제2 토출구가 형성되는 전극 제조방법.
  14. 일측 단부에 전극 탭이 형성된 집전체 상에 전극 활물질층이 형성된 구조이며,
    전극 활물질층의 양 단부에 저항층이 형성되고,
    상기 저항층은 무기 첨가제 및 바인더를 포함하는 전극.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 저항층 조성물은 무기 첨가제를 60 내지 90중량% 포함하며, 바인더를 10 내지 40중량% 포함하는 전극.
PCT/KR2021/005543 2020-06-25 2021-05-03 저항층이 형성된 전극의 제조방법 WO2021261754A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/633,805 US20220302442A1 (en) 2020-06-25 2021-05-03 Method for Manufacturing Electrode on Which Resistance Layer is Formed
CN202180004614.5A CN114207867A (zh) 2020-06-25 2021-05-03 制造形成有电阻层的电极的方法
EP21827881.0A EP3993089A4 (en) 2020-06-25 2021-05-03 METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE ON WHICH A RESISTANCE LAYER IS FORMED

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0077562 2020-06-25
KR1020200077562A KR20220000067A (ko) 2020-06-25 2020-06-25 저항층이 형성된 전극의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021261754A1 true WO2021261754A1 (ko) 2021-12-30

Family

ID=79281513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/005543 WO2021261754A1 (ko) 2020-06-25 2021-05-03 저항층이 형성된 전극의 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220302442A1 (ko)
EP (1) EP3993089A4 (ko)
KR (1) KR20220000067A (ko)
CN (1) CN114207867A (ko)
WO (1) WO2021261754A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024019568A1 (ko) * 2022-07-20 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120048508A (ko) * 2010-11-05 2012-05-15 가부시키가이샤 지에스 유아사 축전 소자용 전극, 그것을 사용한 축전 소자, 및 축전 소자용 전극의 제조 방법
KR20140009037A (ko) * 2012-07-11 2014-01-22 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR20150037399A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 주식회사 엘지화학 전극의 불량률이 개선된 전극 제조 방법
KR101751002B1 (ko) * 2014-10-06 2017-06-26 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 토출 부재 및 이를 포함하는 전극 합제 코팅 장치
KR20190023538A (ko) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 그 제조방법
KR20200077562A (ko) 2017-11-01 2020-06-30 광동 오포 모바일 텔레커뮤니케이션즈 코포레이션 리미티드 버퍼 상태 보고를 보고하는 방법, 사용자 기기 및 컴퓨터 저장 매체

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655275B1 (ko) 2010-12-13 2016-09-08 주식회사 엘지화학 Ｐｔｃ 특성을 갖는 용접부가 구비된 이차 전지 및 그 제조방법
WO2012164642A1 (ja) * 2011-05-27 2012-12-06 トヨタ自動車株式会社 バイポーラ全固体電池
KR20130121383A (ko) * 2012-04-27 2013-11-06 주식회사 세원 염료감응 태양전지 서브 모듈의 제조를 위한 슬릿 코팅 장치 및 박막 형성 방법
JP6354420B2 (ja) * 2014-07-24 2018-07-11 株式会社豊田自動織機 電極の製造方法
CN106159179B (zh) * 2015-04-21 2018-12-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 金属锂电池
KR102134587B1 (ko) * 2016-02-12 2020-07-16 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극을 구성하는 이종 소재의 동시 코팅이 가능한 전극 코팅 장치
WO2018021128A1 (ja) * 2016-07-26 2018-02-01 日本電気株式会社 電極アセンブリおよびその製造方法
US11283101B2 (en) * 2016-09-08 2022-03-22 Lg Energy Solution, Ltd. Method of preparing electrodes having uniform quality and electrode assembly preparation method including the same
JP7155881B2 (ja) * 2018-10-31 2022-10-19 トヨタ自動車株式会社 電極板、これを用いた電池、電極板の製造方法、これを用いた電池の製造方法、ダイヘッド

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120048508A (ko) * 2010-11-05 2012-05-15 가부시키가이샤 지에스 유아사 축전 소자용 전극, 그것을 사용한 축전 소자, 및 축전 소자용 전극의 제조 방법
KR20140009037A (ko) * 2012-07-11 2014-01-22 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR20150037399A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 주식회사 엘지화학 전극의 불량률이 개선된 전극 제조 방법
KR101751002B1 (ko) * 2014-10-06 2017-06-26 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 토출 부재 및 이를 포함하는 전극 합제 코팅 장치
KR20190023538A (ko) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 그 제조방법
KR20200077562A (ko) 2017-11-01 2020-06-30 광동 오포 모바일 텔레커뮤니케이션즈 코포레이션 리미티드 버퍼 상태 보고를 보고하는 방법, 사용자 기기 및 컴퓨터 저장 매체

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3993089A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN114207867A (zh) 2022-03-18
KR20220000067A (ko) 2022-01-03
US20220302442A1 (en) 2022-09-22
EP3993089A1 (en) 2022-05-04
EP3993089A4 (en) 2023-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018097562A1 (ko) 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2015065118A1 (ko) 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
WO2010071387A2 (ko) 고출력 리튬 이차 전지
WO2012165758A1 (ko) 리튬 이차전지
WO2018182216A2 (ko) 다층 구조의 복합전해질 및 이를 이용한 이차전지
WO2012093864A2 (ko) 비대칭 코팅된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 포함하는 전기화학소자
WO2011059154A1 (ko) 리튬 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2021054595A1 (ko) 2개 이상의 금속 호일 사이에 저항층을 포함하는 전극 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
WO2015002390A1 (ko) 도전성이 개선된 양극 합제, 그를 구비하는 양극 및 전기화학소자
WO2019203571A1 (ko) 비대칭 구조의 이차전지용 난연 분리막
WO2020111649A1 (ko) 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019093836A1 (ko) 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
WO2020153790A1 (ko) 이차전지용 음극의 제조방법
WO2020122459A1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 이차전지
WO2014200214A1 (ko) 내진동 특성이 향상된 전기화학소자 및 전지 모듈
WO2021225316A1 (ko) 수분과의 반응성이 완화된 고-니켈 전극 시트 및 이의 제조방법
WO2021261754A1 (ko) 저항층이 형성된 전극의 제조방법
WO2018026117A1 (ko) 이차 전지
WO2020159083A1 (ko) 절연층이 형성되어 있는 전극을 포함하는 스택형 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019221410A1 (ko) 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지
WO2016163654A1 (ko) 안전성이 향상된 스택-폴딩형 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬이차전지
WO2022225380A1 (ko) 이차 전지의 제조 방법
WO2021141367A1 (ko) 테이핑 영역을 포함하는 전극 집전체용 금속 박막 및 이를 이용한 전극 제조방법
WO2022092679A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀
WO2021261753A1 (ko) 바인더층이 형성된 전극 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021827881

Country of ref document: EP

Effective date: 20220127

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21827881

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE