WO2022203265A1 - 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법 - Google Patents

습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법 Download PDF

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WO2022203265A1
WO2022203265A1 PCT/KR2022/003598 KR2022003598W WO2022203265A1 WO 2022203265 A1 WO2022203265 A1 WO 2022203265A1 KR 2022003598 W KR2022003598 W KR 2022003598W WO 2022203265 A1 WO2022203265 A1 WO 2022203265A1
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electrode specimen
electrode
specimen
test substrate
measuring
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심혜진
김우하
윤성수
이제권
윤지희
박주용
강현정
김영석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
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    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
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    • 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
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    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
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    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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    • G01N2203/0091—Peeling or tearing
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    • 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 system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state and a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state using the same.
  • lithium secondary batteries are widely used as energy sources for various electronic products as well as various mobile devices because of their high energy density and operating voltage, and excellent preservation and lifespan characteristics.
  • secondary batteries are attracting attention as an energy source for electric vehicles or hybrid electric vehicles, which have been proposed as a solution to air pollution such as gasoline and diesel vehicles using fossil fuels.
  • a high-output secondary battery is required.
  • Such a secondary battery is being developed as a model capable of realizing high voltage and high capacity according to the needs of consumers. An optimization process is required.
  • the electrode applied to the secondary battery is manufactured by coating and drying the electrode slurry on the current collector in the form of a thin metal thin film.
  • the electrode manufacturing process since a mechanical/environmental load is applied to the electrode, it is required to sample an electrode specimen after a specific step process or for each part, and evaluate the properties thereof.
  • the adhesion of the electrode is a major factor affecting the manufacturing processability of the secondary battery or the performance of the secondary battery.
  • a process for measuring the adhesion of the electrode is required.
  • the method of measuring the adhesive force of the electrode uses an apparatus for measuring the peel strength by peeling off the electrode mixture layer (active material) from the electrode current collector in order to measure the adhesive force of the electrode mixture layer.
  • the peel strength is measured using the electrode in a dried state.
  • the electrode in the actual secondary battery exists in a state impregnated with the electrolyte. Therefore, in order to more accurately evaluate the manufacturing processability of the secondary battery or the performance of the secondary battery, there is a need for a technology capable of simulating the actual state of the electrode inside the secondary battery and measuring the adhesion of the electrode.
  • the present invention is to solve the above problems, and provides a system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state, which can evaluate the adhesion of an electrode specimen impregnated in an electrolyte, and a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state using the same aim to do
  • the present invention provides a system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state.
  • the system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes: a test substrate to which the electrode specimen is attached; a fixing jig for fixing the test substrate so that the electrode specimen attached to the test substrate is immersed in the electrolyte; and a grip portion for gripping one region of the electrode specimen, and an adhesive force measuring portion for measuring the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off by applying a tensile force to the gripped electrode specimen.
  • the adhesive force measurement system the test substrate to which the surface of the mixture layer of the electrode specimen is attached; a fixing jig having an electrolyte accommodated therein, and fixing the test substrate so that an electrode specimen attached to the test substrate is immersed in the electrolyte; It includes a grip portion for gripping one region of the electrode specimen, and an adhesive force measurement portion for measuring the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off by applying a tensile force to the gripped electrode specimen.
  • one surface of the fixing jig may have a structure in which an indented portion of a structure that is depressed to accommodate the electrolyte is formed.
  • the present invention provides a method for measuring adhesion using the system for measuring adhesion to the electrode specimen in a wet state described above.
  • the method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes the steps of: immersing a test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte; and measuring the adhesive force of the electrode specimen by applying a tensile force to the electrode specimen impregnated in the electrolyte while the test substrate is fixed to the fixing jig.
  • the method for measuring the adhesive force may include attaching the electrode specimen to the test substrate so that the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate; impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte; and measuring the adhesive force of the electrode specimen for measuring the peeling force of the mixture layer of the electrode specimen by applying a tensile force to the electrode specimen impregnated in the electrolyte in a state in which the test substrate is fixed to the fixing jig.
  • the system for measuring the adhesive force to the electrode specimen in a wet state according to the present invention and the method for measuring the adhesion force to the electrode specimen in the wet state using the same simulates the electrode in the internal state of a secondary battery, The advantage of being able to easily measure the adhesion of the electrode There is this.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an adhesive force measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a fixing jig in the adhesive force measuring system according to the present invention.
  • FIG 3 is a side view of a fixing jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a fixing jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an adhesive force measuring system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state in an example of the present invention.
  • the present invention provides a system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state.
  • the system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes: a test substrate to which the electrode specimen is attached; a fixing jig for fixing the test substrate so that the electrode specimen attached to the test substrate is immersed in the electrolyte; and a grip portion for gripping one region of the electrode specimen, and an adhesive force measuring portion for measuring the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off by applying a tensile force to the gripped electrode specimen.
  • the electrodes in the secondary battery exist in a state impregnated with the electrolyte.
  • the adhesion of the electrode may vary depending on whether it is in a dry state or in a wet state.
  • the present invention can simulate the state of an electrode positioned inside a secondary battery and measure the adhesion of the electrode.
  • the electrode specimen is in a state in which the surface of the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate, the fixing jig contains an electrolyte solution therein, and the electrode specimen attached to the test substrate is the electrolyte solution Fix the test board so that it is submerged in the
  • one surface of the fixing jig has a structure in which an indentation portion of a structure that is depressed to accommodate an electrolyte is formed. An electrolyte is accommodated in the indentation.
  • the fixing jig includes first and second fixing parts in the form of bars for fixing one side and the other side of the test substrate, respectively.
  • one side of the second fixing part may have a structure coupled to a rotatable state by a hinge pin, and the other side of the second fixing part may have a structure in which a fastening groove is formed.
  • the fixing jig includes a fastening protrusion to which the fastening groove of the second fixing part is fastened.
  • the fastening protrusion may be located in a region facing the hinge pin.
  • first and second fixing parts may have a structure including clamping members for pressing the test substrate, respectively.
  • the grip portion of the adhesive force measuring unit includes a metal jaw face in which an intaglio or embossed grid is formed on the surface.
  • an indentation depth or a protrusion height of the intaglio or embossed grid formed on the surface of the metal rough face may range from 0.001 to 1 mm on average.
  • the adhesive force measuring unit according to the present invention further includes an output unit for outputting a force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off.
  • the present invention provides a method for measuring adhesion using the system for measuring adhesion to the electrode specimen in a wet state described above.
  • the method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes the steps of: immersing a test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte; and measuring the adhesive force of the electrode specimen by applying a tensile force to the electrode specimen impregnated in the electrolyte while the test substrate is fixed to the fixing jig.
  • the electrode specimen in the step of attaching the electrode specimen to the test substrate, the electrode specimen is attached to the test substrate so that the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate.
  • a tensile force is applied to the electrode specimen impregnated in the electrolyte to measure the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off.
  • the method for measuring adhesion to the electrode specimen in a wet state includes the steps of attaching the electrode specimen to the test substrate so that the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate; impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte; and measuring the adhesive force of the electrode specimen for measuring the peeling force of the mixture layer of the electrode specimen by applying a tensile force to the electrode specimen impregnated in the electrolyte in a state in which the test substrate is fixed to the fixing jig.
  • the step of attaching the electrode specimen to the test substrate may include attaching a double-sided adhesive tape to one surface of the test substrate; and attaching the electrode specimen so that the surface of the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate to which the double-sided adhesive tape is attached.
  • the electrode specimen in the process of attaching the electrode specimen, may be attached to the test substrate except for a self-standing region of the electrode specimen.
  • the step of impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached in the electrolyte includes immersing the electrode specimen except for the self-standing region in the electrolyte.
  • measuring the adhesive force of the electrode specimen includes stretching the self-standing region of the electrode specimen in a direction perpendicular to the test substrate.
  • the electrode specimen a metal current collector; and an electrode specimen in a wet state having a structure in which an electrode mixture layer is formed on one or both surfaces of a metal current collector.
  • the present invention relates to a system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state and a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state using the same.
  • the peel strength is measured by peeling the electrode mixture layer from the electrode current collector in order to measure the adhesive force of the electrode mixture layer.
  • a double-sided tape is attached to the slide glass, and the electrode specimen is attached to one surface of the slide glass so that the mixture layer of the electrode specimen to be evaluated thereon is in contact with the slide glass surface.
  • one side of the electrode specimen was pulled and the force to be peeled off from the slide glass was measured. That is, in the prior art, in order to measure the adhesion of the electrode, the peel strength of the dried electrode was measured.
  • the electrode in the actual secondary battery exists in a state impregnated with the electrolyte. Therefore, in order to more accurately evaluate the manufacturing processability of the secondary battery or the performance of the secondary battery, a technique capable of simulating the actual state of the electrode inside the secondary battery and measuring the adhesion of the electrode is required.
  • the present invention provides a system for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state, capable of evaluating the adhesion of an electrode specimen impregnated in an electrolyte, and a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state using the same.
  • the term "electrode specimen” refers to an object to be measured using the adhesive force measurement system for the wet electrode specimen according to the present invention, and the metal current collector and one or both sides of the metal current collector It may be an electrode having a structure in which an electrode mixture layer is formed. For example, it may mean a specimen punched to have a predetermined width and a predetermined length from the electrode.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an adhesive force measuring system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a fixing jig in an adhesive force measuring system according to the present invention
  • FIG. 3 is a fixing jig according to an embodiment of the present invention is a side view
  • FIG. 4 is a plan view of a fixing jig according to an embodiment of the present invention.
  • the system 100 for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes a test substrate 110 to which the electrode specimen 111 is attached, and a fixing for fixing the test substrate 110 . and an adhesive force measuring unit 130 measuring the peeling force of the mixture layer of the electrode specimen 111 by applying a tensile force to one region of the jig 120 and the electrode specimen 111 .
  • the fixing jig 120 may include a recessed portion 121 having a recessed structure to accommodate the electrolyte.
  • the adhesive force measuring system 100 includes a test substrate 110 for fixing the electrode specimen 111 .
  • the test substrate 110 is for attaching and fixing the electrode specimen 111 , and may be a metal block or a glass substrate (Slide glass), for example, a glass substrate.
  • the electrode specimen 111 may be attached to the surface of the test substrate 110 using an adhesive member.
  • the mixture layer of the electrode specimen 111 may be attached to the surface of the test substrate 110 , and may be attached except for the self-standing region 1111 of the electrode specimen 111 .
  • the "self-standing region” is a region gripped by the grip part 131 of the adhesive force measuring unit 130 to be described later in the electrode specimen 111, and is a space in which the electrolyte is not impregnated in the electrode specimen 111.
  • the self-standing region 1111 of the electrode specimen 111 may be gripped by the grip portion 131 of the adhesive force measuring unit 130 to receive a pulling force in a direction perpendicular to the test substrate 110 .
  • the adhesive member may be a strong adhesive having high adhesive force and no deformation during adhesive force measurement so as not to affect the mixture layer of the electrode specimen 111 .
  • the present invention is for measuring the adhesive force to the electrode specimen 111 in a wet state, and the adhesive member does not swell when exposed to an electrolyte, and may be an adhesive without deformation.
  • the adhesive member may be an epoxy adhesive or a double-sided tape, for example, a polyimide double-sided tape.
  • the adhesive force measurement system 100 includes a fixing jig 120 for fixing the test substrate 110 .
  • the fixing jig 120 holds the electrolyte therein, and fixes the test substrate 110 so that the electrode specimen 111 attached to the test substrate 110 is immersed in the electrolyte.
  • one surface of the fixing jig 120 is characterized in that it includes a recessed portion 121 having a recessed structure to accommodate the electrolyte.
  • a space is provided in the fixing jig 120 to accommodate the test substrate 110 to which the electrode specimen 111 to be evaluated is attached.
  • the indentation portion 121 may be formed to a predetermined depth so that the electrolyte solution is accommodated therein so that the electrode specimen 111 can be easily impregnated therein.
  • a space in which the test substrate 110 is seated may also be provided inside the recess 121 of the fixing jig 120 .
  • the fixing jig 120 includes a fixing part for fixing the test board 110 .
  • the fixing jig 120 may include bar-shaped first and second fixing parts 122 and 123 .
  • the first fixing part 122 may fix one side of the test board 110
  • the second fixing part 123 may fix the other side of the test board 110 .
  • the first and second fixing parts 122 and 123 have a bar shape, and the test board 110 fixed to the fixing jig 120 is disposed between the upper surface of the indentation part 121 and the fixing parts 122 and 123 .
  • the first and second fixing parts 122 and 123 may further include clamping members 1221 and 1231 .
  • the clamping members 1221 and 1231 serve to fix the test board 110 inserted between the indentation part 121 of the fixing jig 120 and the first and second fixing parts 122 and 123, respectively.
  • the clamping members 1221 and 1231 may be clamping bolts.
  • first and second fixing parts 122 and 123 may include a threaded hole having a structure corresponding to a thread formed on an outer circumferential surface of the clamping bolt, and the clamping bolt includes the first and second fixing parts ( The test board 110 may be fixed in a state in which it is fastened to the holes 122 and 123 .
  • the first fixing part 122 is provided in a fixed state inside the indentation part 121 of the fixing jig 120 , and is provided on one side of the space in which the test board 110 is seated.
  • the first fixing part 122 may have a bar shape, and both ends of the first fixing part 122 in the bar shape may have a structure in which both ends are fixed to the upper surface of the fixing jig 120 .
  • the first fixing part 122 may be installed in a direction transverse to the length of the test board 110 , and the test board 110 is connected to the upper surface of the fixing jig 120 and the first fixing part 122 .
  • the central region except for both ends of the first fixing part 122 may have a structure curved in an upward direction so as to be positioned therebetween. Furthermore, a clamping member 1221 is installed in the central region of the first fixing part 122 , and the clamping member 1221 may fix one side of the test substrate 110 .
  • the second fixing part 123 is disposed inside the recess 121 of the fixing jig 120 , and may be provided on the other side of the space in which the test substrate 110 is seated.
  • the second fixing part 123 may be in the form of a bar like the first fixing part 123, but one side has a structure coupled to a rotatable state by a hinge pin (not shown), and the other side has a fastening groove ( 1232) may be a formed structure.
  • the fastening groove 1232 may be fastened to a fastening protrusion to be described later.
  • One side of the second fixing part 123 is fixed and the other side is rotatable, so that the test board 110 can be easily fixed.
  • the fixing jig 120 may include a fastening protrusion 1233 to which the fastening groove 1212 of the second fixing part 123 is fastened.
  • the fastening protrusion 1233 may be located in a region facing a hinge pin (not shown). That is, when the fastening groove 1232 of the second fixing part 123 is fastened to the fastening protrusion 1233 , the first and second fixing parts 122 and 123 may have a structure parallel to each other.
  • the second fixing part 123 is similar to the first fixing part 122 , so that the test board 110 can be positioned between the upper surface of the fixing jig 120 and the second fixing part 123 . Except for both ends of the fixing part 123 , the central region may have a structure curved in an upward direction. In addition, a clamping member 1231 may be installed in the central region of the second fixing part 123 .
  • the test substrate 110 is disposed inside the recess 121 of the fixing jig 120 .
  • the fastening groove 1212 on the other side of the second fixing part 123 is detached from the fastening protrusion 1233 .
  • one side of the test substrate 110 is fixed by pressing the clamping member 1221 of the first fixing part 122 .
  • the other side of the second fixing part 123 is rotated so that the fastening groove 1212 is fastened to the fastening protrusion 1233 .
  • the other side of the test board 110 is fixed by pressing the clamping member 1231 of the second fixing part 123 .
  • the electrode specimen 111 is attached to the test substrate 110 , the self-standing region 1111 is excluded, and the clamping member 1231 of the second fixing part 123 is the electrode specimen 111 . Only the test board 110 can be fixed except for the self-standing area 1111 of .
  • the system 100 for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes an adhesion measuring unit 130 .
  • the adhesive force measuring unit 130 includes a grip portion 131 for gripping one region of the electrode specimen 111 , and applying a tensile force to the gripped electrode specimen 111 to form a mixture layer of the electrode specimen 111 . This peeling force (hereinafter, adhesive force) can be measured.
  • the adhesive force measuring unit 130 may be a conventional peel tester.
  • the adhesive force measuring unit 130 fixes the self-standing region 1111 of the electrode specimen 111 to the grip portion 131 of the adhesive force measuring unit 130 in order to measure the adhesive force of the electrode specimen 111 . to measure the peeling force (90° Peel test) of the mixture layer at a 90° angle.
  • the adhesive force measuring unit 130 further includes an output unit 133 for outputting a force at which the mixture layer of the electrode specimen 111 is peeled off.
  • the output unit 133 may represent the adhesive force of the electrode specimen 111 numerically.
  • the adhesive force measuring unit 130 may further include a storage unit (not shown).
  • the storage unit receives and stores the result of measuring the adhesive force.
  • the storage unit may store the measurement result of the electrode specimen to form a database.
  • the electrode specimen 111 is divided into types, such as the type, thickness, and type of active material constituting the mixture layer, of the metal thin film, and accordingly, the adhesive force measurement result of the electrode specimen 111 may be summarized in a table or graph. When these measurement data are variously combined, the adhesive force of the electrode specimen 111 can be predicted, and whether or not the electrode is detached after the battery cell is manufactured can be predicted.
  • the adhesive force measuring unit 130 of the adhesive force measuring system 100 includes a gripping unit 131 for gripping the self-standing region, which is one region of the electrode specimen 111 .
  • the grip part 131 may include a metal jaw face 1311 having a grid formed on its surface.
  • a phenomenon in which the mixture layer of the electrode specimen 111 is detached or the electrode specimen slips may occur while being pressed by the grip portion 131 .
  • the fixing force of the grip part 131 to the electrode specimen 111 may be increased.
  • the metal jaw face 1311 may be formed of various types of metal, for example, carbon steel, stainless steel, aluminum, or an alloy thereof.
  • the metal jaw face 1311 mentioned in the present invention has a structure in which an intaglio or embossed grid is formed on the surface.
  • the fixing force with the electrode specimen 111 may be increased.
  • the term 'grid' refers to a pattern in the form of a grid or checkerboard, and refers to a form in which two or more parallel patterns intersect each other.
  • the depression depth or protrusion height of the intaglio or embossed grid formed on the surface of the metal jaw face 1311 ranges from 0.001 to 1 mm on average.
  • the depression depth or protrusion height of the grid ranges on average from 0.001 to 0.1 mm, from 0.001 to 0.01 mm, from 0.01 to 0.1 mm, or from 0.01 to 0.05 mm.
  • the fixing force with the grip part 131 is increased without degrading the mechanical properties of the electrode specimen 111 .
  • the present invention provides a method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state using the system for measuring adhesion to the electrode specimen in a wet state described above.
  • the method for measuring adhesion to an electrode specimen in a wet state includes the steps of attaching the electrode specimen to the test substrate so that the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate (S10); impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte solution (S20); And in a state in which the test substrate is fixed to the fixing jig, applying a tensile force to the electrode specimen impregnated in the electrolyte to measure the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off (S30).
  • the step of attaching the electrode specimen to the test substrate (S10) is a process of attaching a double-sided adhesive tape to one surface of the test substrate; and attaching the electrode specimen so that the surface of the mixture layer of the electrode specimen is in contact with the test substrate to which the double-sided adhesive tape is attached.
  • the electrode specimen in the process of attaching the electrode specimen, may be attached to the test substrate except for a self-standing region of the electrode specimen.
  • the self-standing region may mean a region gripped by the grip portion of the adhesive force measuring unit as one region of the electrode specimen, and may be a region in the electrode specimen not impregnated with electrolyte.
  • the electrode specimen to be evaluated is attached to the glass substrate, which is the test substrate, using a double-sided adhesive tape.
  • the electrode specimen may be attached so that the surface of the mixture layer is in contact with the glass substrate.
  • the roller may be performed about 10 times. Then, the test substrate to which the electrode specimen is attached is left for 6 to 16 hours, 10 to 14 hours, or about 12 hours at a temperature range of 40 to 80°C, 50 to 70°C, or about 60°C, and then the electrode specimen You can check the degree of transcription.
  • the present invention includes a step (S20) of impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached in an electrolyte solution.
  • the step of impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached to the electrolyte (S20) may include impregnating the electrode specimen with the electrolyte except for the self-standing area.
  • the self-standing region is a region gripped by the grip portion of the adhesive force measuring unit, and is an area not affected by the electrolyte during the adhesive force measuring test.
  • the step (S20) of impregnating the test substrate to which the electrode specimen is attached to the electrolyte solution includes placing the test substrate on a tray after confirming that the electrode specimen is attached to the test substrate, putting the electrolyte, and the lid of the tray After closing, it can be impregnated.
  • the present invention includes a step (S30) of measuring the adhesive force using the electrode specimen impregnated with the electrolyte.
  • Measuring the adhesive force of the electrode specimen (S30) includes fixing the test substrate to which the electrode specimen is attached to the fixing jig of the present invention, and transferring the electrolyte solution in the tray.
  • a tensile force is applied to the electrode specimen impregnated with the electrolyte to measure the force at which the mixture layer of the electrode specimen is peeled off.
  • measuring the adhesive force of the electrode specimen ( S30 ) includes stretching the self-standing region of the electrode specimen in a direction perpendicular to the test substrate. That is, the step (S30) of measuring the adhesive force of the electrode specimen may be measured by a 90° peel test method. For example, after setting the load of the UTM device to zero, the adhesion force of the electrode specimen may be measured by setting the load speed in the range of 10 to 200 mm/min. For example, the adhesive force of the electrode specimen may be measured using a UTM (TA) instrument.
  • TA UTM
  • the step (S30) of measuring the adhesion of the electrode specimen is to measure the adhesion of the electrode specimen in a wet state, which can easily measure the adhesion of the electrode in a state simulating the electrode in the state of the secondary battery.
  • the electrode specimen is a metal current collector; And it may have a structure in which an electrode mixture layer is formed on one or both surfaces of a metal current collector, and may have a structure in which a mixture layer including an active material is formed on a positive electrode or a negative electrode current collector.
  • the electrolyte may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt is a lithium salt.
  • the lithium salt those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation.
  • an anion of the lithium salt F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF
  • organic solvent included in the above-mentioned electrolyte those commonly used in the electrolyte for lithium secondary batteries may be used without limitation, for example, ether, ester, amide, linear carbonate or cyclic carbonate, etc. individually or in mixture of two or more types. can be used by Among them, cyclic carbonates, linear carbonates, or a carbonate compound that is a mixture thereof may be included.
  • cyclic carbonate compound examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, There is any one selected from the group consisting of 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof.
  • halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC).
  • linear carbonate compound examples include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethylpropyl carbonate; A mixture of two or more of them may be typically used, but is not limited thereto.
  • ethylene carbonate and propylene carbonate which are cyclic carbonates
  • a low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a higher electrical conductivity can be prepared.
  • any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methylethyl ether, methylpropyl ether and ethylpropyl ether or a mixture of two or more thereof may be used. , but is not limited thereto.
  • esters in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ - Any one selected from the group consisting of -valerolactone and ⁇ -caprolactone or a mixture of two or more thereof may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • a negative electrode slurry having a solid content of 48% was coated on one surface of a copper (Cu) thin film, which is an anode current collector, to form a mixture layer on one surface of the copper thin film.
  • an electrode having a mixture layer was manufactured by rolling the mixture layer by a roll pressing method. At this time, the coating speed of the negative electrode slurry was 32 m/min, and the rolling pressure was 1.05 ton/cm 2 . Then, the electrode was punched out to a size of 20 mm x 125 mm to prepare an electrode specimen.
  • An electrode specimen was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the coating speed of the negative electrode slurry, the solid content, and the pressure during the rolling process were changed.
  • Adhesion to the electrode specimens prepared in each Preparation Example was measured by a 90° Peel Test method.
  • an imide double-sided tape was attached to the glass slide, and the electrodes prepared in each Preparation Example were placed thereon, followed by reciprocating 10 times using a roller with a load of 2 kg.
  • the electrode specimen was attached to one surface of the slide glass so that the mixture layer of the electrode specimen was in contact with the surface of the slide glass.
  • the slide glass to which the electrode specimen was attached was left in an oven at 60° C. for about 12 hours, and then the electrode specimen was slightly torn to check the degree of adhesion of the electrode specimen to the double-sided tape.
  • the adhesion of the electrode specimens was measured using a 90° peel test method.
  • an imide double-sided tape was attached to the glass slide, and the electrodes prepared in each Preparation Example were placed thereon, followed by reciprocating 10 times using a roller with a load of 2 kg. At this time, the mixture layer of the electrode specimen was in contact with the slide glass surface, and the electrode specimen was attached to the slide glass, except for a self-standing region of the electrode specimen.
  • the slide glass to which the electrode specimen was attached was left in an oven at 60° C. for about 12 hours, and then the electrode specimen was slightly torn to check the degree of adhesion of the electrode specimen to the double-sided tape.
  • DEC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • the lithium secondary battery prepared as described above was charged and discharged at 25° C. for 50 times, and after disassembly, the cross-section of the negative electrode was observed.
  • the results of whether the active material is desorbed are shown in Table 2 below.
  • the adhesive strength of the dry electrode was 21.4 gf/20mm and 21.7 gf/20mm, respectively, which were similar to each other, but the difference in the adhesive strength of the electrode impregnated with the electrolyte (hereinafter, wet adhesive strength) there was Specifically, the adhesive strength of Preparation Example 3 was 9.5 gf/10mm, the adhesive strength of Preparation Example 6 was 7.1 gf/10mm, and Preparation Example 3 had higher wet adhesion compared to Preparation Example 6.

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Abstract

본 발명은 전해액에 함침된 전극 시편의 접착력을 평가할 수 있는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법에 관한 것이다.

Description

습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법
본 출원은 2021.03.23.자 한국 특허 출원 제10-2021-0037134호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고, 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로 주목받고 있다. 전기자동차의 에너지원으로 적용하기 위해서는 고출력의 이차전지가 필요하다.
이러한 이차전지는, 소비자의 요구에 의해 고전압 및 고용량을 구현할 수 있는 모델로 개발이 진행되고 있는데, 고용량을 구현하기 위해서는 제한된 공간 내에 이차전지의 4대 요소인 양극재, 음극재, 분리막 및 전해액의 최적화 공정이 요구된다.
한편, 이차전지에 적용되는 전극은 얇은 금속 박막 형태의 집전체 상에 전극 슬러리를 도포 및 건조하여 제조한다. 전극 제조 공정에서, 기계적/환경적 하중이 전극에 인가되므로, 특정 단계 공정 이후 혹은 부위별로 전극 시편을 샘플링하고, 이에 대한 물성 평가가 요구된다.
전극의 물성 평가 중 전극의 접착력은 이차전지의 제조 공정성이나 이차전지의 성능에 영향을 주는 주요한 인자인 바, 제조 공정 중에는 이러한 전극 집전체 상에 전극 슬러리의 접착 코팅 시 전극 합제층의 접착력(이하, 전극의 접착력)을 측정하는 공정이 요구된다. 구체적으로, 전극의 접착력 측정 방법은 전극 합제층의 접착력을 측정하기 위하여 전극 집전체로부터 전극 합제층(활물질)을 벗겨내어 박리 강도(Peel strength)를 측정하는 장치를 이용한다.
상술한 바와 같이, 통상적인 전극의 접착력 측정 방법은 건조된 상태의 전극을 이용하여 박리 강도를 측정하게 된다.
그러나, 실제 이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재한다. 따라서, 보다 정확한 이차전지의 제조 공정성이나 이차전지의 성능을 평가하기 위해서는 실제의 이차전지 내부의 전극 상태를 모사하고, 상기 전극의 접착력을 측정할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액에 함침된 전극 시편의 접착력을 평가할 수 있는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 습윤 사태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템은, 전극 시편이 부착되는 테스트 기판; 테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 테스트 기판을 고정하는 고정 지그; 및 전극 시편의 일측 영역을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정부를 포함한다.
구체적으로, 상기 접착력 측정 시스템은, 전극 시편의 합제층 표면이 부착되는 테스트 기판; 내부에 전해액이 수용되며, 테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 상기 테스트 기판을 고정하는 고정 지그; 전극 시편의 일측 영역을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정부를 포함한다. 이때, 상기 고정 지그의 일면은, 전해액이 수용되도록 만입된 구조의 만입부가 형성된 구조일 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 이용한 접착력 측정 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법은, 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계; 및 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 상기 접착력 측정 방법은, 전극 시편의 합제층이 테스트 기판에 접하도록 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계; 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계; 및 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법은 이차전지 내부 상태의 전극을 모사하여, 상기 전극의 접착력을 용이하게 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접착력 측정 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 접착력 측정 시스템에서 고정 지그의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고정 지그의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고정 지그의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 접착력 측정 시스템의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 예에서 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 습윤 사태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템은, 전극 시편이 부착되는 테스트 기판; 테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 테스트 기판을 고정하는 고정 지그; 및 전극 시편의 일측 영역을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정부를 포함한다.
이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재한다. 건조된 상태와 습윤된 상태인지 여부에 따라 전극의 접착력은 달라질 수 있다. 본 발명은 이차전지 내부에 위치하는 전극 상태를 모사하고, 상기 전극의 접착력을 측정할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 전극 시편은, 전극 시편의 합제층 표면이 테스트 기판 상에 접하도록 부착된 상태이고, 상기 고정 지그는, 내부에 전해액이 수용되며, 테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 테스트 기판을 고정한다.
구체적인 실시예에서, 상기 고정 지그의 일면은, 전해액이 수용되도록 만입된 구조의 만입부가 형성된 구조이다. 상기 만입부에는 전해액이 수용된다.
하나의 예에서, 상기 고정 지그는, 테스트 기판의 일측과 타측을 각각 고정하는 바 형태의 제1 및 제2 고정부를 포함한다. 한편, 상기 제2 고정부의 일측은 힌지핀에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조일 수 있으며, 제2 고정부의 타측은 체결 홈이 형성된 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 고정 지그는, 제2 고정부의 체결 홈이 체결되는 체결 돌기를 포함한다. 아울러, 상기 체결 돌기는, 힌지핀과 서로 마주보는 영역에 위치할 수 있다.
나아가, 상기 제1 및 제2 고정부는, 테스트 기판을 가압하는 클램핑 부재를 각각 포함하는 구조일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 접착력 측정부의 그립부는, 표면에 음각 또는 양각의 그리드(grid)가 형성된 금속 조 페이스를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 금속 조 페이스 표면에 형성된 음각 또는 양각의 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 1 mm 범위일 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 접착력 측정부는, 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 출력하는 출력부를 더 포함한다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 이용한 접착력 측정 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법은, 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계; 및 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계를 포함한다.
구체적인 하나의 예에서, 상기 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계에서는, 전극 시편의 합제층이 테스트 기판에 접하도록 전극 시편을 테스트 기판에 부착한다. 또한, 상기 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계에서는, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하게 된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법은, 전극 시편의 합제층이 테스트 기판에 접하도록 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계; 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계; 및 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계는, 테스트 기판의 일면에 양면 접착 테이프를 부착하는 과정; 및 양면 접착 테이프가 부착된 테스트 기판에 전극 시편의 합제층 표면이 접하도록 전극 시편을 부착하는 과정을 포함한다. 이때, 상기 전극 시편을 부착하는 과정은 전극 시편의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 제외하고 전극 시편을 테스트 기판에 부착할 수 있다.
하나의 예에서, 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계는, 셀프 스탠딩 영역을 제외한 전극 시편을 전해액에 함침시키는 과정을 포함한다.
다른 하나의 예에서, 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계는, 전극 시편의 셀프 스텐딩 영역을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함한다.
한편, 상기 전극 시편은, 금속 집전체; 및 금속 집전체의 일면 또는 양면에 전극 합제층이 형성된 구조인 습윤 상태의 전극 시편일 수 있다.
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 해석 되어야만 한다.
본 발명은 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전극의 접착력 측정 방법은 전극 합제층의 접착력을 측정하기 위하여 전극 집전체로부터 전극 합제층을 벗겨내어 박리 강도를 측정한다. 구체적으로, 슬라이드 글라스에 양면 테이프를 붙이고, 그 위에 평가 대상이 되는 전극 시편의 합제층이 슬라이드 글라스 표면에 접하도록 전극 시편을 슬라이드 글라스의 일면에 부착한다. 그리고, UTM 기기를 이용하여 상기 전극 시편의 일측을 당겨 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 즉, 종래에는 전극의 접착력을 측정하기 위해서는 건조된 전극의 박리 강도를 측정하였다.
그러나, 실제 이차전지 내에서의 전극은 전해액에 함침된 상태로 존재한다. 따라서, 보다 정확한 이차전지의 제조 공정성이나 이차전지의 성능을 평가하기 위해서는 실제의 이차전지 내부의 전극 상태를 모사하고, 상기 전극의 접착력을 측정할 수 있는 기술이 요구된다.
이에, 본 발명에서는 전해액에 함침된 전극 시편의 접착력을 평가할 수 있는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 제공한다.
본 발명에서, "전극 시편" 이라 함은 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 이용하여 측정하고자 하는 피측정물을 의미하는 것으로, 금속 집전체 및 금속 집전체의 일면 또는 양면에 전극 합제층이 형성된 구조의 전극일 수 있다. 예컨대, 전극으로부터 소정 너비와 소정 길이를 갖도록 타발한 시편을 의미할 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템 및 이를 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 접착력 측정 시스템의 모식도이며, 도 2는 본 발명에 따른 접착력 측정 시스템에서 고정 지그의 모식도이며, 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고정 지그의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고정 지그의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템(100)은 전극 시편(111)이 부착되는 테스트 기판(110), 테스트 기판(110)을 고정하는 고정 지그(120) 및 전극 시편(111)의 일측 영역에 인장력을 가해 전극 시편(111)의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정부(130)를 포함하여 구성된다. 한편, 상기 고정 지그(120)는 전해액이 수용되도록 만입된 구조의 만입부(121)를 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 접착력 측정 시스템(100)은 전극 시편(111)의 고정을 위한 테스트 기판(110)을 포함한다. 테스트 기판(110)은 전극 시편(111)을 부착하여 고정하기 위한 것으로, 금속 블록 또는 유리 기판(Slide glass)일 수 있으며, 예를 들어, 유리 기판일 수 있다.
한편, 전극 시편(111)은 접착 부재를 사용하여 테스트 기판(110)의 표면에 부착될 수 있다. 구체적인 예에서, 테스트 기판(110)의 표면에는 전극 시편(111)의 합제층이 부착될 수 있으며, 전극 시편(111)의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역(1111)을 제외하고 부착될 수 있다. 여기서, "셀프 스탠딩 영역" 이라 함은 전극 시편(111)에서 후술하게 되는 접착력 측정부(130)의 그립부(131)가 파지하는 영역이며, 전극 시편(111) 중 전해액이 함침되지 않는 공간이다. 상기 전극 시편(111)의 셀프 스탠딩 영역(1111)은 접착력 측정부(130)의 그립부(131)에 파지되어 테스트 기판(110)과는 수직되는 방향으로 당겨지는 힘을 받을 수 있다.
상기 접착 부재는 접착력이 크고, 전극 시편(111)의 합제층에 영향을 주지 않도록 접착력 측정 중에 변형이 없는 견고한 접착제일 수 있다. 아울러, 본 발명은 습윤 상태의 전극 시편(111)에 대한 접착력을 측정을 위한 것으로, 상기 접착 부재는 전해액에 노출된 상태에서 스웰링(swelling)되지 않으며, 변형이 없는 접착제일 수 있다. 상기 접착 부재는 에폭시 접착제 또는 양면 테이프일 수 있으며, 예를 들면, 폴리이미드 양면 테이프일 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 접착력 측정 시스템(100)은 상기 테스트 기판(110)을 고정하는 고정 지그(120)를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 고정 지그(120)는 내부에 전해액이 수용되며, 테스트 기판(110)에 부착된 전극 시편(111)이 전해액에 잠기도록 테스트 기판(110)을 고정한다. 특히, 상기 고정 지그(120)의 일면에는 전해액이 수용되도록 만입된 구조의 만입부(121)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 고정 지그(120)는 내부에 평가 대상이 되는 전극 시편(111)이 부착된 테스트 기판(110)을 수납할 수 있도록 공간이 마련되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 만입부(121)는 내부에 전해액이 수용되어 전극 시편(111)이 용이하게 함침될 수 있도록 소정의 깊이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 고정 지그(120)의 만입부(121) 내부에는 테스트 기판(110)이 안착되는 공간 또한 마련될 수 있다.
아울러, 고정 지그(120)는 테스트 기판(110)을 고정하기 위한 고정부를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 고정 지그(120)는 바 형태의 제1 및 제2 고정부(122, 123)를 포함할 수 있다. 상기 제1 고정부(122)는 테스트 기판(110)의 일측을 고정할 수 있으며, 제2 고정부(123)는 테스트 기판(110)의 타측을 고정할 수 있다.
제1 및 제2 고정부(122, 123)는 바 형태이며, 고정 지그(120)에 고정되는 테스트 기판(110)은 만입부(121)의 상부면과 상기 고정부(122, 123) 사이에 위치하게 된다. 그리고, 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 클램핑 부재(1221, 1231)를 더 포함할 수 있다. 상기 클램핑 부재(1221, 1231)는 각각 고정 지그(120)의 만입부(121)와 제1 및 제2 고정부(122, 123) 사이에 삽입된 테스트 기판(110)을 고정시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 클램핑 부재(1221, 1231)는 클램핑 볼트일 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 상기 클램핑 볼트의 외주면에 형성된 나사산과 대응되는 구조의 나사산이 형성된 홀을 포함할 수 있으며, 상기 클램핑 볼트는 제1 및 제2 고정부(122, 123)의 홀에 체결된 상태에서, 테스트 기판(110)을 고정할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 고정부(122)는 고정 지그(120)의 만입부(121) 내부에 고정된 상태로 구비되며, 테스트 기판(110)이 안착되는 공간의 일측에 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 제1 고정부(122)는 바 형태이며, 상기 바 형태의 제1 고정부(122)는 양측 단부가 고정 지그(120)의 상부면에 고정된 구조일 수 있다. 한편, 상기 제1 고정부(122)는 테스트 기판(110)의 길이를 가로지르는 방향으로 설치될 수 있으며, 테스트 기판(110)이 고정 지그(120)의 상부면과 제1 고정부(122) 사이에 위치할 수 있도록 상기 제1 고정부(122)의 양측 단부를 제외하곤 중심 영역은 상부 방향으로 굴곡진 구조일 수 있다. 나아가, 제1 고정부(122)의 중심 영역에는 클램핑 부재(1221)가 설치되며, 상기 클램핑 부재(1221)는 테스트 기판(110)의 일측을 고정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 고정부(123)는 고정 지그(120)의 만입부(121) 내부에 배치되며, 테스트 기판(110)이 안착되는 공간의 타측에 구비될 수 있다. 다만, 상기 제2 고정부(123)는 제1 고정부(123)와 마찬가지로 바 형태일 수 있으나, 일측은 힌지핀(미도시)에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조이고, 타측은 체결홈(1232)이 형성된 구조일 수 있다. 참고로 상기 체결홈(1232)은 후술하게 되는 체결 돌기에 체결될 수 있다. 상기 제2 고정부(123)는 일측은 고정되어 있으며, 타측은 회동 가능하여 테스트 기판(110)을 용이하게 고정할 수 있다.
나아가, 고정 지그(120)는 제2 고정부(123)의 체결 홈(1212)이 체결되는 체결 돌기(1233)를 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 체결 돌기(1233)는 힌지핀(미도시)과 마주보는 영역에 위치할 수 있다. 즉, 제2 고정부(123)의 체결 홈(1232)이 체결 돌기(1233)에 체결 되었을 때, 상기 제1 및 제2 고정부(122, 123)는 서로 평행한 구조일 수 있다.
한편, 제2 고정부(123)는 제1 고정부(122)와 마찬가지로 테스트 기판(110)이 고정 지그(120)의 상부면과 제2 고정부(123) 사이에 위치할 수 있도록 상기 제2 고정부(123)의 양측 단부를 제외하곤 중심 영역은 상부 방향으로 굴곡진 구조일 수 있다. 그리고, 제2 고정부(123)의 중심 영역에는 클램핑 부재(1231)가 설치될 수 있다.
상기 고정 지그(120)에 전극 시편(111)이 부착된 테스트 기판(110)을 고정하기 위해서, 먼저 테스트 기판(110)을 고정 지그(120)의 만입부(121) 내부에 배치한다. 이때, 제2 고정부(123)의 타측 체결 홈(1212)은 체결 돌기(1233)로부터 탈거된 상태이다. 그리고, 제1 고정부(122)의 클램핑 부재(1221)를 가압하여 테스트 기판(110)의 일측을 고정한다.
다음으로, 제2 고정부(123)의 타측을 회동시켜 체결 홈(1212)이 체결 돌기(1233)에 체결되도록 한다. 그리고, 제2 고정부(123)의 클램핑 부재(1231)를 가압하여 테스트 기판(110)의 타측을 고정한다. 한편, 테스트 기판(110)에 전극 시편(111)이 부착될 때, 셀프 스탠딩 영역(1111)은 제외하고 부착되는 것으로, 제2 고정부(123)의 클램핑 부재(1231)는 전극 시편(111)의 셀프 스탠딩 영역(1111)을 제외한 테스트 기판(110)만 고정할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템(100)은 접착력 측정부(130)를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 접착력 측정부(130)는 전극 시편(111)의 일측 영역을 파지하는 그립부(131)를 포함하며, 파지된 전극 시편(111)에 인장력을 가해 전극 시편(111)의 합제층이 박리되는 힘(이하, 접착력)을 측정할 수 있다.
상기 접착력 측정부(130)는 통상적인 박리시험기(Peel tester)일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 접착력 측정부(130)는 전극 시편(111)의 접착력을 측정하기 위하여, 전극 시편(111)의 셀프 스탠딩 영역(1111)을 접착력 측정부(130)의 그립부(131)에 고정시켜 90°각도로 합제층의 박리되는 힘(90°Peel test)을 측정할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 접착력 측정부(130)는 전극 시편(111)의 합제층이 박리되는 힘을 출력하는 출력부(133)를 더 포함한다. 상기 출력부(133)는 전극 시편(111)의 접착력을 수치로 나타낼 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 접착력 측정부(130)는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부는 상기 전극 시편(111)의 접착력 측정이 종료되면, 상기 접착력 측정 결과를 전송받아 저장한다. 상기 저장부는 전극 시편의 측정 결과를 저장하여 이를 데이터 베이스화 할 수 있다. 구체적으로, 전극 시편(111)에서 금속 박막의 종류, 두께, 합제층을 이루는 활물질의 종류 등 종류를 나누고, 이에 따라 전극 시편(111)의 접착력 측정 결과를 표 또는 그래프로 정리할 수 있다. 이와 같은 측정 데이터 들은 다양하게 조합되었을 때, 전극 시편(111)의 접착력을 예측할 수 있으며, 전지 셀의 제조 후 전극 탈리 여부를 예측할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 접착력 측정 시스템의 모식도이다. 도 5를 참조하면, 접착력 측정 시스템(100)의 접착력 측정부(130)는 전극 시편(111)의 일측 영역인 셀프 스탠딩 영역을 파지하기 위한 그립부(131)를 포함한다.
이때, 상기 그립부(131)는 표면에 그리드(grid)가 형성된 금속 조 페이스(jaw face)(1311)를 포함할 수 있다. 전극 시편(111)에 대한 물성 측정 과정에서, 그립부(131)에 의해 가압된 상태에서 전극 시편(111)의 합제층이 탈리되거나 전극 시편이 슬립되는 현상이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 전극 시편(111)과 대면하는 조 페이스 표면에 그리드를 형성함으로써, 그립부(131)의 전극 시편(111)에 대한 고정력을 높일 수 있다. 상기 금속 조 페이스(1311)는 다양한 형태의 금속으로 형성 가능하며, 예를 들어, 탄소강, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 그 합금 등으로 형성 가능하다.
하나의 예에서, 본 발명에서 언급된 금속 조 페이스(1311)는, 표면에 음각 또는 양각의 그리드가 형성된 구조이다. 금속 조 페이스(1311) 표면에 그리드 패턴을 형성함으로써, 전극 시편(111)과의 고정력을 높일 수 있다. 본 발명에서 '그리드(grid)'는, 격자 또는 바둑판 눈금 형상의 패턴을 의미하며, 2종 이상의 평행한 패턴이 서로 교차하는 형태를 총칭하는 의미이다. 구체적인 예에서, 금속 조 페이스(1311) 표면에 형성된 음각 또는 양각의 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 1 mm 범위이다. 예를 들어, 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 0.1 mm 범위, 0.001 내지 0.01 mm 범위, 0.01 내지 0.1 mm 범위 또는 0.01 내지 0.05 mm 범위이다. 본 발명에서는 매우 낮은 수준의 함입 또는 돌출된 패턴을 형성함으로써, 전극 시편(111)의 기계적 물성을 저하시키지 않으면서도 그립부(131)와의 고정력을 높이게 된다.
아울러, 본 발명은 앞서 설명한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템을 이용한 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 제공한다.
도 6은 본 발명의 하나의 예에서 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법은 전극 시편의 합제층이 테스트 기판에 접하도록 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계(S10); 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계(S20); 및 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계(S30)를 포함한다.
먼저, 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계(S10)는 테스트 기판의 일면에 양면 접착 테이프를 부착하는 과정; 및 양면 접착 테이프가 부착된 테스트 기판에 전극 시편의 합제층 표면이 접하도록 전극 시편을 부착하는 과정을 포함한다. 이때, 상기 전극 시편을 부착하는 과정은 전극 시편의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 제외하고 전극 시편을 테스트 기판에 부착할 수 있다. 상기 셀프 스탠딩 영역은 전극 시편의 일측 영역으로 접착력 측정부의 그립부가 파지하는 영역을 의미할 수 있으며, 전극 시편 중 전해액이 함침되지 않는 영역일 수 있다.
구체적인 예에서, 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계(S10)는 평가 대상이 되는 전극 시편을 테스트 기판인 유리 기판에 양면 접착 테이프를 이용하여 부착한다. 이때, 전극 시편의 합제층 표면이 유리 기판에 접하도록 부착할 수 있다. 아울러, 유리 기판에 전극 시편을 붙인 후 롤러를 약 10 회 정도 진행할 수 있다. 그리고, 상기 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 40 내지 80℃ 온도 범위, 50 내지 70℃ 온도 범위 또는 약 60℃ 온도에서 6 내지 16 시간, 10 내지 14 시간, 또는 약 12 시간 동안 방치한 후 전극 시편의 전사 정도를 확인할 수 있다.
다음으로, 본 발명은 상기 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계(S20)를 포함한다. 이때, 상기전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계(S20)는 셀프 스탠딩 영역을 제외한 전극 시편을 전해액에 함침시키는 과정을 포함할 수 있다. 상기 셀프 스탠딩 영역은 접착력 측정부의 그립부가 파지하는 영역으로, 접착력 측정 시험시 전해액의 영향을 받지 않는 영역이다. 구체적인 예에서, 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계(S20)는 상기 전극 시편이 테스트 기판에 부착된 것을 확인한 후 트레이에 상기 테스트 기판을 배치시킨 후 전해액을 투입하고, 트레이의 뚜껑을 닫은 후 함침시킬 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 전해액이 함침된 전극 시편을 이용하여 접착력을 측정하는 단계(S30)를 포함한다. 상기 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계(S30)는 본 발명의 고정 지그에 상기 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 고정하고, 트레이의 전해액을 옮겨 담는 과정을 포함한다. 그리고, 테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계(S30)는 전극 시편의 셀프 스텐딩 영역을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함한다. 즉, 상기 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계(S30)는 90°필 테스트(Peel Test) 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, UTM 기기의 하중을 제로(zero)로 세팅을 한 후, 하중 속도를 10 내지 200 mm/min 범위로 세팅하여 전극 시편의 접착력을 측정할 수 있다. 예를 들어, UTM(TA 社) 기기를 이용하여 전극 시편의 접착력을 측정할 수 있다.
상기 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계(S30)는 습윤 상태에서 전극 시편의 접착력을 측정하는 것으로, 이는 이차전지 내부 상태의 전극을 모사한 상태에서 전극의 접착력을 용이하게 측정할 수 있다.
한편, 상기 전극 시편은 금속 집전체; 및 금속 집전체의 일면 또는 양면에 전극 합제층이 형성된 구조일 수 있으며, 양극 또는 음극 집전체 상에 활물질을 포함하는 합제층이 형성된 구조일 수 있다.
나아가, 상기 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-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트 또는 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다.
이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylenecarbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오 네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, α-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 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.
<제조예>
제조예 1.
슬롯 다이를 이용하여, 음극 집전체인 구리(Cu) 박막의 일면에 고형분 함량이 48%인 음극 슬러리를 코팅하여 구리 박막의 일면에 합제층을 형성하였다. 그리고, 합제층을 롤 프레싱(roll pressing) 방식으로 압연하여 합제층이 형성된 전극을 제조하였다. 이때, 상기 음극 슬러리의 코팅시 코팅 속도는 32 m/min 이였으며, 압연시 압력은 1.05 ton/cm2 이었다. 그리고, 상기 전극은 20 mm x 125 mm 크기로 타발하여 전극 시편을 제조하였다.
제조예 2 내지 6.
음극 슬러리의 코팅 속도, 고형분 함량 및 압연 과정에서의 압력을 변경한 것을 제외하곤, 제조예 1과 동일한 방법으로 전극 시편을 제조하였다.
각 제조예에서, 전극의 제조시 음극 슬러리의 코팅 속도, 고형분 함량 및 합제층의 압연시 압력을 하기 표 1에 나타내었다.
No. 코팅속도(m/min) 고형분(%) 압연 선압(Ton/cm2)
제조예 1 32 48 1.05
제조예 2 50 48 1.02
제조예 3 50 48 1.00
제조예 4 50 48 0.86
제조예 5 50 48 1.05
제조예 6 50 49 0.99
<실험예>
실험예 1. 건조 전극의 접착력 측정
각 제조예에서 제조한 전극 시편에 대한 접착력을 90°필 테스트(Peel Test) 방법으로 측정하였다.
구체적으로, 슬라이드 글라스에 이미드(imide) 양면 테이프를 붙위고, 그 위에 각 제조예에서 제조한 전극을 올려 2 kg 하중의 롤러로 10 회 왕복하여 접착시켰다. 한편, 전극 시편의 합제층이 슬라이드 글라스 표면에 접하도록 상기 전극 시편을 슬라이드 글라스의 일면에 부착하였다.
그리고, 전극 시편이 부착된 슬라이드 글라스를 60℃ 오븐에 약 12 시간 방치 후 전극 시편을 조금 뜯어서 전극 시편이 양면테이프에 대한 부착 정도를 확인하였다.
다음으로, UTM(TA 社) 기기를 이용하여 100 mm/min 으로 상기 전극 시편의 일측을 당겨 슬라이드 글라스로부터 박리되는 힘을 측정하였다. 이때, 슬라이드 글라스와 전극의 측정각도는 90°였다.
이때, 각 전극 시편은 3개를 준비하였으며, 전술한 90°필 테스트를 통해 각 전극 시편의 접착력을 측정하고, 평균값을 구하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실험예 2. 전해액에 함침된 전극의 접착력 측정
각 제조예에서 제조한 전극 시편을 전해액에 함침시킨 후, 90°필 테스트(Peel Test) 방법을 이용하여 전극 시편의 접착력을 측정하였다.
구체적으로, 슬라이드 글라스에 이미드(imide) 양면 테이프를 붙위고, 그 위에 각 제조예에서 제조한 전극을 올려 2 kg 하중의 롤러로 10 회 왕복하여 접착시켰다. 이때, 전극 시편의 합제층이 슬라이드 글라스 표면에 접하도록 하였으며, 전극 시편의 셀프 스텐딩(self standing) 영역을 제외하고, 상기 전극 시편을 슬라이드 글라스에 부착하였다.
그리고, 전극 시편이 부착된 슬라이드 글라스를 60℃ 오븐에 약 12 시간 방치 후 전극 시편을 조금 뜯어서 전극 시편이 양면테이프에 대한 부착 정도를 확인하였다.
다음으로, 트레이(Tray)에 전극 시편이 부착된 슬라이드 글라스를 배치하고, 디메틸카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합용매(DEC:EC=1:1)에 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 투입하여, 전극 시편을 전해액에 함침시켰다. 이때, 전극 시편의 셀프 스텐딩 영역은 전해액이 함침되지 않도록 하였다. 그리고, 본 발명의 접착력 측정용 지그에 전해액과 전극 시편을 옮겨 담고, 실험예 1과 동일한 방법으로 전극 시편의 접착력을 측정하였다. 이때, 각 전극 시편은 3 개를 준비하였으며, 전술한 90°필 테스트를 통해 각 전극 시편의 접착력을 측정하고, 평균값을 구하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실험예 3. 전지 셀 제조 후 전극 탈리 확인
각 제조예에 따른 음극을 이용하여 모노셀을 제작한 후, 음극 활물질의 탈리 여부를 확인하였다.
모노셀은 리튬 금속을 양극으로 사용하고, 상기 각 음극과 양극 사이에 분리막을 개재하고 적층시켜 전극 조립체를 제조하였다. 이후, 디메틸카보네이트(DEC)와 에틸렌 카보네이트(EC)의 혼합용매(DEC:EC=1:1)에 1M의 LiPF6를 용해시킨 전해액을 주입하여 제작하였다.
상기와 같이 제조된 리튬 이차전지를 25℃에서 50 회 동안 충방전하고, 분해한 후 음극의 단면을 관찰하였다. 그리고, 활물질의 탈리 여부 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
No. 코팅속도
(m/min)		 고형분
(%)		 압연 선압
(ton/cm2)		 접착력
(gf/20mm)		 습윤 접착력
(gf/10mm)		 셀 제조 후 전극 탈리 결과
제조예 1 32 48 1.05 29.8 11.9 정상
제조예 2 50 48 1.02 21.8
(▼27%)		 8.8
(▼26%)		 전극 탈리
제조예 3 50 48 1.00 21.4
(▼28%)		 9.5
(▼21%)		 정상
제조예 4 50 48 0.86 18.5
(▼38%)		 8.0
(▼33%)		 전극 탈리
제조예 5 50 48 1.05 23.4
(▼27%)		 9.4
(▼21%)		 정상
제조예 6 50 49 0.99 21.7
(▼27%)		 7.1
(▼41%)		 전극 탈리
표 2를 살펴보면, 제조예 1은 전지 셀 제조 후 전극 활물질의 탈리가 발생하지 않았으며, 제조예 2는 전극 활물질의 탈리가 발생하였다.
아울러, 건조 상태의 전극과 전해액이 함침된 상태에서의 전극의 접착력 차이를 확인할 수 있었다. 특히, 제조예 3과 제조예 6을 비교하여 보면, 건조 전극의 접착력은 각각 21.4 gf/20mm, 21.7 gf/20mm 으로 서로 유사하였으나, 전해액이 함침된 상태의 전극의 접착력(이하, 습윤 접착력) 차이가 있었다. 구체적으로, 제조예 3의 접착력은 9.5 gf/10mm 이였으며, 제조예 6의 접착력은 7.1 gf/10mm로, 제조예 3은 제조예 6 대비 습윤 접착력이 높았다.
나아가, 제조예 3과 제조예 6의 활물질 탈리 여부 결과, 습윤 접착력이 낮은 제조예 6의 전극에서 활물질의 탈리가 발생하였다.
또한, 표 2를 참조하면, 전극 시편이 건조된 상태에서 접착력을 측정하는 것 만으로는, 습윤 상태의 접착력을 추정하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 즉, 건조 상태의 접착력은 동등 상태이더라도 습윤 접착력은 전혀 다른 거동을 보이기도 한다. 본 발명은, 전극 시편이 전해액에 함침된 상태에서 접착력 평가를 함으로써, 이차전지 내부 상태의 전극을 모사할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 평가를 통해 전극 활물질의 탈리 예측 평가에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
[부호의 설명]
100: 접착력 측정 시스템
110: 테스트 기판
111: 전극
1111: 셀프 스탠딩 영역
120: 고정 지그
121: 만입부
122: 제1 고정부
1221: 클램핑 부재
123: 제2 고정부
1231: 클램핑 부재
1232: 체결홈
1233: 체결돌기
130: 접착력 측정부
131: 그립부
1311: 금속 조 페이스

Claims (15)

  1. 전극 시편이 부착되는 테스트 기판;
    테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 테스트 기판을 고정하는 고정 지그; 및
    전극 시편의 일측 영역을 파지하는 그립부를 포함하고, 파지된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 접착력 측정부를 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 시편은, 전극 시편의 합제층 표면이 테스트 기판 상에 접하도록 부착된 상태이고,
    상기 고정 지그는, 내부에 전해액이 수용되며, 테스트 기판에 부착된 전극 시편이 전해액에 잠기도록 테스트 기판을 고정하는 것을 특징으로 하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 지그의 일면은, 전해액이 수용되도록 만입된 구조의 만입부가 형성된 구조인 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    고정 지그는, 테스트 기판의 일측과 타측을 각각 고정하는 바 형태의 제1 및 제2 고정부를 포함하며,
    상기 제2 고정부의 일측은 힌지핀에 의해 회동 가능한 상태로 결속된 구조이고, 제2 고정부의 타측은 체결 홈이 형성된 구조인 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    고정 지그는, 제2 고정부의 체결 홈이 체결되는 체결 돌기를 포함하며,
    상기 체결 돌기는, 힌지핀과 서로 마주보는 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    제1 및 제2 고정부는, 테스트 기판을 가압하는 클램핑 부재를 각각 포함하는 구조인 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    접착력 측정부의 그립부는, 표면에 음각 또는 양각의 그리드(grid)가 형성된 금속 조 페이스를 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    금속 조 페이스 표면에 형성된 음각 또는 양각의 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 1 mm 범위인 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    접착력 측정부는, 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 출력하는 출력부를 더 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 시스템.
  10. 전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계; 및
    테스트 기판을 고정 지그에 고정한 상태에서, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 접착력을 측정하는 단계를 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계는, 전극 시편의 합제층이 테스트 기판에 접하도록 전극 시편을 테스트 기판에 부착하고,
    전극 시편의 접착력을 측정하는 단계는, 전해액에 함침된 전극 시편에 인장력을 가해 전극 시편의 합제층이 박리되는 힘을 측정하는 것을 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 단계는,
    테스트 기판의 일면에 양면 접착 테이프를 부착하는 과정; 및
    양면 접착 테이프가 부착된 테스트 기판에 전극 시편의 합제층 표면이 접하도록 전극 시편을 부착하는 과정을 포함하며,
    상기 전극 시편을 부착하는 과정은 전극 시편의 셀프 스탠딩(self-standing) 영역을 제외하고 전극 시편을 테스트 기판에 부착하는 것을 특징으로 하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    전극 시편이 부착된 테스트 기판을 전해액에 함침시키는 단계는, 셀프 스탠딩 영역을 제외한 전극 시편을 전해액에 함침시키는 과정을 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    전극 시편의 접착력을 측정하는 단계는, 전극 시편의 셀프 스텐딩 영역을 테스트 기판과 수직하는 방향으로 인장하는 과정을 포함하는 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    전극 시편은, 금속 집전체; 및 금속 집전체의 일면 또는 양면에 전극 합제층이 형성된 구조인 습윤 상태의 전극 시편에 대한 접착력 측정 방법.
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