WO2023003300A1 - 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템 - Google Patents

전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템 Download PDF

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WO2023003300A1
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active material
electrode
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manufacturing
current collector
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이서준
이효진
김태수
이혁수
박정현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode and an electrode manufacturing system used in the method.
  • lithium secondary batteries having high energy density and voltage are commercialized and widely used.
  • a lithium secondary battery has a structure in which an electrolyte containing a lithium salt is impregnated with an electrode assembly in which an active material is applied on a current collector, that is, an electrode assembly in which a porous separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode.
  • the electrode is a mixing process of preparing a slurry by mixing / dispersing an active material, a binder, and a conductive material in a solvent, a coating process of applying the active material slurry to a thin film current collector and drying it, and increasing the capacity density of the electrode after the coating process It is manufactured by forming an active material layer on the current collector through a pressing process for increasing adhesion between the current collector and the active material.
  • mismatching causes the position of the active material layer to shift when the positive/negative electrodes face each other, and the misaligned portion reduces the efficiency of charging and discharging.
  • the mismatching portion may cause lithium to be deposited on the surface of the negative electrode, and when such lithium precipitation occurs for a long time, battery capacity decreases.
  • the present invention was made to solve the above problems of the prior art,
  • An object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method and an electrode manufacturing system capable of uniformly forming an end portion of an active material layer without a sliding part and/or a mismatching part by laser etching.
  • an object of the present invention is to provide a manufacturing method of an electrode and an electrode manufacturing system capable of preventing deterioration of an active material by heat of a laser beam during laser etching (heat affected zone).
  • step (b) before irradiating the active material layer with a laser beam, a process of supplying moisture to the active material layer is provided.
  • a current collector supply device that supplies the current collector in a flat shape
  • an active material coating device for coating an active material on the supplied surface of the current collector
  • a moisture supply device supplying moisture to the active material layer stacked by the active material coating device
  • It provides an electrode manufacturing system comprising a; laser etching device for etching a portion of the active material layer to which the water is supplied.
  • the electrode manufacturing method and the electrode manufacturing system of the present invention provide an effect of uniformly forming the end of the active material layer without a sliding part and/or a mismatching part by using a laser etching method.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an active material coating process in the prior art electrode manufacturing process
  • FIG. 2 is a view showing problems that occur when an active material is applied to a current collector according to the prior art
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a sliding part and a mismatching part that occur when an active material is applied to a current collector according to the prior art
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a laser etching process according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are views each schematically showing an electrode manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5 and 6 are roll-to-roll as an embodiment of a method for manufacturing an electrode of the present invention.
  • An electrode manufacturing system for manufacturing an electrode by a process is shown as an example.
  • the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a process of supplying moisture to the active material layer (30: using a water supply device) is characterized in that.
  • the present invention is characterized by solving the above problem by a method of supplying moisture to the active material layer before laser beam irradiation.
  • Examples of the form in which the active material is deteriorated (heat affected zone) by the heat of the laser beam include oxidation of the surface of the electrode foil and discoloration caused thereby.
  • the supply of water in step (b) may be performed in such a way that the water permeates into the active material layer before laser beam irradiation.
  • the supply of water may be performed 5 to 30 seconds before applying the laser. This is because sufficient time is required for moisture to be supplied to the inside of the active material before laser application.
  • the absorption time of moisture varies depending on the composition of the active material and the amount of the stacked active materials, it is not limited to the above range.
  • the moisture supply method is not particularly limited, but may be performed by, for example, a spray method. However, it is not limited thereto, and any method may be employed as long as it can sufficiently supply moisture to the active material.
  • the laser beam may have a rectangular shape or a linear shape in the shape of a cross section in the horizontal direction of the beam.
  • the horizontal direction means a direction based on the vertical direction in which the laser is irradiated.
  • a laser etching device known in the art may be used as the laser etching device used in the method.
  • the laser etching device may include a laser source generator, a delivery mirror, a laser beam width controller, and a scanner unit, and the scanner unit includes a galvano mirror, Theta lenses and the like may be included.
  • the laser source generator may be, for example, a laser source generator in the IR wavelength region, and the laser wavelength may be 700 nm to 1100 nm, preferably 1000 nm to 1100 nm, but is not limited thereto.
  • lasers are oscillated in a circular (Gaussian) shape, but can be oscillated in a rectangular (Top HAT) or linear beam shape depending on the optical system configuration.
  • a circular or rectangular beam it can be formed using mirrors that can move in the X-Y axes, respectively, like a laser scanner. That is, it is possible to form a beam of a desired shape by moving the two mirrors.
  • the rectangular beam can etch a large amount more quickly than the circular beam.
  • the active material layer may be etched more precisely in the case of a linear beam rather than a circular beam intensity distribution concentrated in the center. In the case of a linear beam, a large amount of etching can be performed at once by adjusting the length to a desired width.
  • the step of laminating the active material layer in step (a) may be performed by active material coating, and it is also possible to additionally perform a drying process, a compression process, and the like.
  • the step (b) may be performed after the coating of the active material, and preferably may be performed after the compression process. Specifically, step (b) may be performed in a notching process after a compression process.
  • the portion from which the active material layer is partially removed in step (b) may form a non-coated area.
  • the step (b) may be a process of forming an uncoated portion on which the active material is not layered by removing the current collector covered by the active material by laser etching, and the uncoated portion is then subjected to a process such as punching to form an electrode. It can be formed as a tab.
  • steps (a) and (b) may be performed on one surface of the current collector or on both the front and rear surfaces of the current collector.
  • steps (a) and (b) are performed by a process of manufacturing an electrode by a roll-to-roll process, as illustrated in FIGS. 5 and 6 can be performed
  • corona treatment (50: using a corona treatment device) may be further included before the step (a) on the surface of the current collector on which the active material is to be laminated.
  • a heat treatment step for stabilization (60: using a heat treatment device) may be further included.
  • the corona treatment of the surface of the current collector is a process for better adhesion of the active material to the surface of the current collector.
  • the corona treatment and heat treatment may be performed by methods known in the art.
  • the manufacturing method of the electrode may be applied to both the anode and the cathode.
  • current collectors known in this field may be used without limitation as a positive electrode current collector or a negative electrode current collector, and for example, a foil made of copper, aluminum, gold, nickel, copper alloy, or a combination thereof etc. can be mentioned.
  • the active material layer may be a positive active material layer or a negative active material layer.
  • the active material layer may be formed of an active material slurry including a positive electrode active material or a negative electrode active material and a binder, and the active material slurry may further include a conductive material and, if necessary, a dispersant.
  • the cathode active material As the cathode active material, the anode active material, the binder, and the conductive material, components known in the art may be used without limitation.
  • the positive electrode active material for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron oxide, LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC), a three-component positive electrode material, or a combination of these lithium composite oxides.
  • a sulfur-carbon composite may be included as a cathode active material.
  • anode active material examples include LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , LiVP 2 O 7 , LiFeP 2 O 7 , LiVPO 4 F, LiVPO 4 O, and LiFeSO 4 F.
  • the negative electrode active material may have a carbon coating layer formed on a surface thereof.
  • Examples of the conductive material include carbon black such as Super-P, Denka Black, Acetylene Black, Ketjen Black, Channel Black, Furnace Black, Lamp Black, Summer Black, and Carbon Black; carbon derivatives such as carbon nanotubes and fullerenes; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; or conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole; etc. can be used.
  • carbon black such as Super-P, Denka Black, Acetylene Black, Ketjen Black, Channel Black, Furnace Black, Lamp Black, Summer Black, and Carbon Black
  • carbon derivatives such as carbon nanotubes and fullerenes
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder
  • conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole; etc.
  • An electrode manufacturing system includes a current collector supply device 10 for supplying a current collector 70 in a flat form;
  • an active material coating device 20 for coating an active material on the surface of the supplied current collector
  • a water supply device 30 supplying water to the active material layer 80 stacked by the active material coating device
  • a laser etching device 40 for etching a portion of the active material layer supplied with water.
  • the current collector supply device 10 is not particularly limited as long as it can supply the current collector with an active material to enable coating, and a device known in the art may be used.
  • the current collector may be a roll 10 wound around it.
  • the active material coating device 20, the laser etching device 40, and the like devices known in the art may be used without limitation.
  • a drying device, a compression device, and the like may be further included.
  • the laser etching device may include a laser source generator, a delivery mirror, a laser beam width adjuster, and a scanner unit, and the scanner unit may include A galvano mirror, a theta lens, and the like may be included.
  • the laser source generator may be, for example, an IR laser source generator, and the wavelength of the laser generated by the laser source generator may be 700 nm to 1100 nm, preferably 1000 nm to 1100 nm, but is not limited thereto. .
  • the laser beam irradiated from the laser etching device 40 may have a rectangular shape or a linear shape in a horizontal direction cutting shape.
  • the horizontal direction means a direction based on the vertical direction in which the laser is irradiated.
  • the electrode manufacturing system is located behind the corona treatment device 50 and the laser etching device 40, which are located in front of the active material coating device 10, as shown in FIG.
  • a heat treatment device 60 may be further included.
  • a water spray device or the like may be used as the water supply device 30, but is not limited thereto, and any device capable of sufficiently supplying water to the active material may be used.
  • water supply device 40 laser etching device

Abstract

본 발명은 (a) 집전체 표면에 활물질층을 적층하는 단계; 및 (b) 상기 활물질층 표면에 레이저 빔을 조사하여 활물질층의 일부를 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계에서 레이저 빔을 활물질층에 조사하기 전에, 활물질층에 수분을 공급하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법 및 상기 방법에 사용되는 전극 제조 시스템을 제공한다.

Description

전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템
본 출원은 2021년 7월 21일자 한국 특허 출원 제10-2021-0095769호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기 자동차 등에 대한 수요가 증가함에 따라 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 집전체 상에 활물질이 도포되어 있는 전극, 즉 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상기 전극은 활물질, 바인더 및 도전재를 용매에 혼합/분산시켜 슬러리를 제조하는 혼합 공정, 상기 활물질 슬러리를 박막 형태의 집전체에 도포하고 건조하는 코팅 공정, 코팅공정이 끝난 전극의 용량 밀도를 높이고 집전체와 활물질 간의 접착성을 증가시키기 위한 압연(pressing) 공정을 거쳐, 집전체 상에 활물질층을 형성함으로써 제조된다.
상기 활물질 슬러리를 집전체 도포하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 드래그 라인(drag line) 및/또는 아이슬란드(island)가 형성됨으로써, 활물질층의 말단부에 균일한 면을 형성하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 활물질층 가장자리에 활물질층의 두께가 점차 감소하는 슬라이딩부가 형성되어 활물질층의 용량을 감소시키는 문제가 발생된다. 또한, 상기 슬러리를 집전체 양면에 도포하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상면과 하면에 도포되는 슬러리의 위치가 일치하지 않는 미스매칭이 발생한다. 이러한 미스매칭은 양/음극 대면시 활물질층의 위치를 어긋나게 하며, 이렇게 어긋난 부분은 충방전의 효율이 떨어뜨린다. 특히, 상기 미스매칭부는 음극 표면에 리튬이 석출되게 할 수 있으며, 이러한 리튬 석출이 장시간 이루어지는 경우 전지 용량 감소가 발생한다.
한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 레이저 식각 방법이 도입되고 있으나, 이 방법의 경우, 레이저 빔의 열에 의해 활물질의 열화(Heat affected zone)가 발생하는 문제가 있었다.
그러므로, 활물질층의 단부를 균일하게 형성하고, 슬라이딩부 및/또는 미스매칭부의 형성을 방지할 수 있으며, 활물질의 열화를 방지할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
일본 공개 제2000-251942호
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서,
레이저 식각에 의해 슬라이딩부 및/또는 미스매칭부 없이 활물질층의 단부를 균일하게 형성할 수 있는 전극의 제조 방법 및 전극 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 레이저 식각시 레이저 빔의 열에 의해 활물질이 열화되는 문제(Heat affected zone 발생)를 방지할 수 있는 전극의 제조 방법 및 전극 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(a) 집전체 표면에 활물질층을 적층하는 단계; 및
(b) 상기 활물질층 표면에 레이저 빔을 조사하여 활물질층의 일부를 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계에서 레이저 빔을 활물질층에 조사하기 전에, 활물질층에 수분을 공급하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
집전체를 평평한 형태로 공급하는 집전체 공급 장치;
상기 공급된 집전체 표면에 활물질을 코팅하는 활물질 코팅 장치;
상기 활물질 코팅 장치에 의해 적층된 활물질층에 수분을 공급하는 수분 공급 장치; 및
상기 수분이 공급된 활물질층의 일부를 식각하는 레이저 식각 장치;를 포함하는 전극 제조 시스템을 제공한다.
본 발명의 전극의 제조 방법 및 전극 제조 시스템은 레이저 식각 방식을 사용함으로써, 슬라이딩부 및/또는 미스매칭부 없이 활물질층의 단부를 균일하게 형성하는 효과를 제공한다.
또한, 레이저 식각시 수분을 공급함으로써 레이저 빔의 열에 의한 활물질 열화(Heat affected zone)를 최소화 시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래기술의 전극 제조 과정 중 활물질 코팅 공정을 모식적으로 도시한 도면이며,
도 2는 종래기술에 따라 집전체에 활물질을 도포하는 경우 발생하는 문제점을 도시한 도면이며,
도 3은 종래기술에 따라 집전체에 활물질을 도포하는 경우 발생하는 슬라이딩부 및 미스매칭부를 모식적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 식각 공정을 모식적으로 도시한 도면이며,
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 일 실시형태에 따르는 전극 제조 시스템을 모식적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~상부에”와 “상부에 직접” 또는 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 레이저 식각 공정을 모식적으로 도시한 도면이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 전극의 제조 방법의 일 실시형태로서 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 의해 전극을 제조하는 전극 제조 시스템을 예시적으로 도시한 것이다. 이하에서 상기 도면들을 참고하여 본 발명을 설명한다.
본 발명의 전극의 제조 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이,
(a) 집전체(70) 표면에 활물질층(80)을 적층하는 단계; 및
(b) 상기 활물질층(80) 표면에 레이저 빔을 조사(40: 레이저 식각 장치 사용)하여 활물질층의 일부를 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계에서 레이저 빔을 활물질층에 조사하기 전에, 활물질층에 수분을 공급(30: 수분 공급 장치 사용)하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
종래의 전극의 제조 방법에서도 레이저 식각 장치가 사용되고 있으나, 레이저 빔의 열에 의해 활물질의 열화(Heat affected zone)가 발생하는 문제가 있었다. 본 발명은 상기와 같은 문제를 레이저 빔 조사 전에 활물질층에 수분을 공급하는 방법에 의해 해결하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 빔의 열에 의해 활물질이 열화(Heat affected zone)되는 형태로는 예를 들어, 전극 포일 표면의 산화 및 이로 인한 변색 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (b) 단계에서 수분의 공급은 레이저 빔 조사 전에 수분이 활물질층에 스며들 수 있게 공급하는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 수분 공급은 레이저를 적용하기 5초 내지 30초 전에 이루어질 수 있다. 왜냐하면, 레이저 적용전에 활물질 내부로 수분이 공급될 수 있는 충분한 시간이 필요하기 때문이다. 그러나, 활물질의 조성, 적층된 활물질의 양에 따라 수분의 흡수되는 시간이 다르기 때문에 상기 범위로 한정되는 것은 아니다.
상기 수분 공급 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 스프레이 방식 등에 의하여 이루어 질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 활물질에 수분을 충분히 공급할 수 있는 방식이라면, 어떠한 방식이라도 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 레이저 빔은 빔의 수평방향 절단면 형상이 사각형 형태 또는 선형 형태일 수 있다. 상기 수평방향은 레이저가 조사되는 수직방향으로 기준으로 하는 방향을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 방법에서 사용되는 레이저 식각 장치로는 이 분야에 공지된 레이저 식각 장치가 사용될 수 있다. 상기 레이저 식각 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 소스 생성기, 디리버리 미러(delivery mirror), 레이저 빔 폭 조절기, 및 스캐너 유닛 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 스캐너 유닛은 갈바노 미러, 세타렌즈 등을 포함할 수 있다. 상기 레이저 소스 생성기는 예를 들어, IR 파장영역의 레이저 소스 생성기일 수 있으며, 레이저 파장은 700nm 내지 1100nm일 수 있으며, 바람직하게는 1000nm 내지 1100nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 레이저는 원형(Gaussian) 형태로 발진되나 광학계 구성에 따라 사각형(Top HAT) 또는 선형의 빔형상으로 발진시킬 수 있다. 예를 들어, 원형 또는 사각형 빔의 경우, 레이저 스캐너와 같이, X-Y 축을 각각 움직일 수 있는 미러를 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 상기 2개의 미러의 이동으로 원하는 형태의 빔을 형성하는 것이 가능하다.
상기 사각형 빔이 원형의 빔보다 더 빠르게 많은 양을 식각할 수 있다. 또한, 빔 세기 분포가 중앙에 집중된 원형보다는 선형 빔의 경우 더 정밀하게 활물질층을 식각할 수 있다. 선형 빔의 경우 원하는 폭으로 길이를 조절하여 한번에 많은 양의 식각을 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계의 활물질층을 적층하는 단계는 활물질 코팅에 의해 이루어질 수 있으며, 건조공정, 압착공정 등을 추가적으로 수행하는 것도 가능하다. 본 발명에서 상기 (b) 단계는 상기 활물질 코팅 이후에 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 압착공정 이후에 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기 (b) 단계는 압착공정 이후 노칭공정에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (b) 단계에서 활물질층이 일부 제거된 부분은 무지부를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 (b) 단계는 활물질에 의해 덮힌 집전체를 레이저 식각에 의해 제거함으로써, 활물질이 적층되지 않은 무지부를 형성하는 공정일 수 있으며, 상기 무지부는 이 후, 타발 등의 공정에 의해 전극탭으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 집전체의 한면에 실시되거나, 앞면 및 뒷면 모두에 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이, 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 의해 전극을 제조하는 과정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 도 6에 예시된 바와 같이, 상기 (a) 단계 전에 활물질이 적층될 집전체 표면에 코로나 처리(50: 코로나 처리 장치 사용)를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 (b) 단계 후에 안정화를 위한 열처리(60: 열처리 장치 사용) 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 집전체 표면에 대한 코로나 처리는 활물질이 집전체 표면에 더 잘 접착되게 하기 위한 공정이다.
상기 코로나 처리 및 열처리는 이 분야의 공지된 방법에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 전극의 제조 방법은 양극 또는 음극에 모두 적용될 수 있다. 상기 집전체로는 양극 집전체 또는 음극 집전체로서 이 분야에 공지된 집전체들이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 금, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등을 들 수 있다.
또한, 상기 활물질층은 양극 활물질층 또는 음극 활물질층일 수 있다. 상기 활물질층은 양극 활물질 또는 음극활물질과 바인더를 포함하는 활물질 슬러리로 형성될 수 있으며, 상기 활물질 슬러리에는 도전재가 더 포함될 수 있으며, 필요한 경우 분산제가 더 포함될 수도 있다.
상기 양극 활물질, 음극 활물질, 바인더, 및 도전재로는 이 분야에 공지된 성분들이 제한없이 사용될 수 있다.
상기 양극활물질로는 예를 들어, 리튬망간 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬니켈 산화물, 리튬철 산화물, 3성분계 양극재인 LiNixMnyCozO2 (NMC) 또는 이들을 조합한 리튬복합 산화물 등이 사용될 수 있다. 리튬-황 전지인 경우에는 황-탄소 복합체가 양극활물질로 포함될 수 있다.
상기 음극활물질로는 예를 들어, LiTi2(PO4)3, Li3V2(PO4)3, LiVP2O7, LiFeP2O7, LiVPO4F, LiVPO4O, 및 LiFeSO4F 등을 들 수 있다. 상기 음극활물질은 표면에 탄소 코팅층이 형성된 것일 수도 있다.
상기 도전재로는 예를 들어, 슈퍼 P(Super-P), 덴카 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 카본 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 나노튜브나 플러렌 등의 탄소 유도체; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 또는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 전도성 고분자; 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 전극 제조 시스템은, 도 5에 예시된 바와 같이, 집전체(70)를 평평한 형태로 공급하는 집전체 공급 장치(10);
상기 공급된 집전체 표면에 활물질을 코팅하는 활물질 코팅 장치(20);
상기 활물질 코팅 장치에 의해 적층된 활물질층(80)에 수분을 공급하는 수분 공급 장치(30); 및
상기 수분이 공급된 활물질층의 일부를 식각하는 레이저 식각 장치(40);를 포함하는 특징을 갖는다.
본 발명의 전극 제조 시스템에는 전술된 전극의 제조 방법에 기재된 내용이 모두 적용될 수 있다. 그러므로 일부 중복되는 내용은 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 집전체 공급 장치(10)는 집전체를 활물질의 코팅이 가능하게 공급할 수 있는 장치라면 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에 공지된 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 롤투롤 공정에 집전체를 공급하는 장치로서, 집전체가 권취된 롤(10)일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 활물질 코팅 장치(20), 레이저 식각 장치(40) 등도 이 분야에 공지된 장치들이 제한 없이 사용될 수 있다. 또한 도면에 도시되지 않았으나, 건조장치, 압착장치 등이 더 포함될 수도 있다.
예를 들어, 상기 레이저 식각 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 소스 생성기, 디리버리 미러(delivery mirror), 레이저 빔 폭 조절기, 및 스캐너 유닛 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 스캐너 유닛은 갈바노 미러, 세타렌즈 등을 포함할 수 있다. 상기 레이저 소스 생성기는 예를 들어, IR 레이저 소스 생성기일 수 있으며, 상기 레이저 소스 생성기에서 생성된 레이저의 파장은 700nm 내지 1100nm일 수 있으며, 바람직하게는 1000nm 내지 1100nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 레이저 식각 장치(40)로부터 조사되는 레이저 빔은 수평방향 절단면 형상이 사각형 형태 또는 선형 형태일 수 있다. 상기 수평방향은 레이저가 조사되는 수직방향으로 기준으로 하는 방향을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 전극 제조 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 활물질 코팅 장치(10) 앞쪽에 위치되는 코로나 처리 장치(50) 및 상기 레이저 식각 장치(40) 뒷쪽에 위치되는 열처리 장치(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 코로나 처리 장치(50) 및 열처리 장치(60)로는 이 분야에 공지된 장치가 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 수분 공급 장치(30)로는 수분 스프레이 장치 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 활물질에 수분을 충분히 공급할 수 있는 장치라면 어떠한 장치라도 사용될 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만,
발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
[부호의 설명]
10: 언와인더롤(UN-Winder Roll) 12: 지지롤
14: 리와인더롤(Re-Winder Roll) 20: 활물질 코팅 장치
30: 수분 공급 장치 40: 레이저 식각 장치
50: 코로나 처리 장치 60: 가열장치
70: 집전체 80: 활물질층

Claims (14)

  1. (a) 집전체 표면에 활물질층을 적층하는 단계; 및
    (b) 상기 활물질층 표면에 레이저 빔을 조사하여 활물질층의 일부를 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서 레이저 빔을 활물질층에 조사하기 전에, 활물질층에 수분을 공급하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 수분의 공급은 레이저 빔 조사 전에 수분이 활물질층에 스멸들 수 있게 공급하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수분공급은 스프레이 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 빔의 수평방향 절단면 형상이 사각형 형태 또는 선형 형태인 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 IR(Infrared Radiation) 광으로서, 파장인 700 nm 내지 1100 nm인 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 활물질층을 적층하는 단계는 활물질 코팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 활물질층이 일부 제거된 부분은 무지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 집전체의 앞면 및 뒷면 모두에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정에 의해 전극을 제조하는 과정에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 전에 활물질이 적층될 집전체 표면에 코로나 처리를 수행하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (b) 단계 후에 안정화를 위한 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조 방법.
  11. 집전체를 평평한 형태로 공급하는 집전체 공급 장치;
    상기 공급된 집전체 표면에 활물질을 코팅하는 활물질 코팅 장치;
    상기 활물질 코팅 장치에 의해 적층된 활물질층에 수분을 공급하는 수분 공급 장치; 및
    상기 수분이 공급된 활물질층의 일부를 식각하는 레이저 식각 장치;를 포함하는 전극 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코팅 앞쪽에 위치되는 코로나 처리 장치 및 상기 레이저 식각 장치 뒷쪽에 위치되는 열처리 장치를 더 포함하는 전극 제조 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 수분 공급 장치는 수분 분사 장치인 것을 특징으로 하는 전극 제조 시스템.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 집전체 공급 장치는 롤투롤(Roll-to-Roll) 장치인 것을 특징으로 하는 전극 제조 시스템.
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