WO2023048419A1 - 전극 코팅장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법 - Google Patents

전극 코팅장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법 Download PDF

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WO2023048419A1
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static electricity
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electrode slurry
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이수민
오상승
박규태
장수지
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for coating an electrode slurry on an electrode current collector and a method for manufacturing an electrode using the same.
  • An electrode of a lithium secondary battery is manufactured by mixing the active material and a binder resin component, dispersing them in a solvent to form a slurry, applying the slurry to the surface of a current collector, and forming a mixture layer after drying.
  • polymeric binders are widely used as binders, and by increasing the amount of such polymeric binders, the binding force between the active materials as well as between the active materials and the current collector is increased, the separation of the active material from the current collector is reduced, and the volume expansion due to charging and discharging of the battery is increased.
  • an excessive amount of polymer is used as a binder, electrical resistance of the anode increases due to the electrical insulation of the binder, and problems such as a decrease in capacity due to a relatively decrease in the amount of active material have emerged.
  • the strong adhesion even with a small amount prevents separation between electrode active materials or between the electrode active material and the current collector during electrode manufacturing, and the structural stability of the electrode by controlling the volume expansion of the electrode active material generated during repeated charging and discharging with strong physical properties. And there is a demand for the development of a technology capable of improving the performance of the battery due to this.
  • an object of the present invention is to provide a method for improving the adhesion between the electrode mixture layer and the electrode current collector by preventing the concentration of the binder contained in the slurry on the surface even in the electrode slurry drying process.
  • the present invention in one embodiment, the present invention
  • a transfer unit for moving the electrode current collector in a roll-to-roll manner
  • an electrode coating device including an electrostatic induction unit for inducing static electricity to the back surface of an electrode current collector on which the electrode slurry is applied.
  • the static electricity inducing unit induces static electricity by contact charging by contacting the back surface of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied with the static electricity inducing material, or by using the electric charge formed by triboelectric charging of the friction member to induce static electricity can do.
  • the static electricity inducing unit may include a roller including an electrification region coated with an static electricity inducing material on a surface thereof, and static electricity may be induced by contact between the static electricity inducing material of the roller and an electrode current collector.
  • the static electricity inducing material is ebonite, glass, nylon, wool, rayon, wool, silk, silk, paper, iron, rubber, copper, silver, gold, platinum, polystyrene, acrylic, celluloid, polyvinyl chloride, polypropylene It may contain polyethylene, silicone or teflon.
  • the static electricity induction unit As another example, the static electricity induction unit,
  • a motor unit comprising a motor and a power transmission shaft coupled to a motor shaft of the motor and having gears formed on an outer circumferential surface of the motor;
  • a circular rotational friction member having a gear formed on an outer circumferential surface of the gear-coupled with the power transmission shaft to rotate by the rotation of the power transmission shaft, a fixed friction member installed in contact with one side of the outer circumferential surface of the rotational friction member, and a predetermined distance from the rotational friction member.
  • a static electricity generating unit composed of an arc-shaped static electricity induction member spaced apart and installed at a position symmetrical to the stationary friction member around the rotational friction member, and an static electricity induction wire installed on one side of the static electricity induction member;
  • Static electricity can be induced by proximity.
  • the rotating friction member may have a structure in which a gear is formed on an upper or lower portion of an outer circumferential surface, and the fixed friction member is in surface contact with an outer circumferential surface on which the gear is not formed.
  • the electrode slurry applied to the surface of the electrode current collector may contain an ionic binder, and the static electricity induction part induces an opposite charge to the ionic binder of the electrode slurry applied to the surface of the electrode current collector to the back surface of the electrode current collector can do.
  • the ionic binder is cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyacrylic acid (PAA), polyacrylonitrile, polyacrylamide, styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber , Butyl rubber, fluoro rubber, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and may include one or more polymers selected from the group consisting of alginate.
  • the transfer unit may operate at a speed of 20 to 100 m/min.
  • an electrode comprising the step of inducing static electricity to the back surface of an electrode current collector to which an electrode slurry is applied.
  • the electrode slurry may contain an ionic binder, and static electricity induced on the back surface of the electrode current collector coated with the electrode slurry may have a decrease opposite to that of the ionic binder.
  • the ionic binder is cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyacrylic acid (PAA), polyacrylonitrile (PAN), polyacrylamide (PAM), styrene butadiene rubber ( SBR: styrene butadiene rubber), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, fluoro rubber, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene It may include one or more polymers selected from the group consisting of glycol (PEG: polyethylene glycol) and alginate.
  • PEG polyethylene glycol
  • the step of inducing static electricity on the back surface of the electrode current collector is performed by contact charging between the back surface of the electrode current collector and a static electricity inducing material; Alternatively, it may be performed by triboelectric charging of the friction member.
  • a step of drying the electrode slurry applied to one surface of the current collector may be further included.
  • the step of drying the electrode slurry may be performed at a temperature of 50 °C to 200 °C.
  • the electrode coating device induces static electricity to have a charge opposite to that of the ionic binder contained as a binder in the electrode slurry on the back side of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied on the surface, thereby drying the electrode slurry Since the binder can be prevented from moving to the surface of the electrode slurry even when the solvent is volatilized during the process, there is an excellent advantage in improving the adhesion between the electrode mixture layer formed by drying the electrode slurry and the electrode current collector.
  • FIG. 1 is a structural diagram schematically showing the structure of an electrode coating device according to the present invention.
  • FIG 2 is an image showing an example of an electrostatic induction unit according to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing another example of an electrostatic induction unit according to the present invention.
  • the term "comprises” or “has” is intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc. when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is described as being “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle thereof. . Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, or the like is described as being “under” another part, this includes not only being “directly under” the other part, but also the case where there is another part in the middle. In addition, in the present application, being disposed “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • the present invention in one embodiment, the present invention
  • a transfer unit for moving the electrode current collector in a driving direction through a roll-to-roll supply process
  • a coater positioned above the moving unit to discharge electrode slurry onto the surface of the current collector moving by the moving unit;
  • a coating device for manufacturing an electrode including an electrostatic induction unit disposed below the moving unit and inducing static electricity to the back surface of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied to the surface by the coater.
  • the coating apparatus for manufacturing an electrode according to the present invention includes transfer parts 11 and 12 for moving the electrode current collector, a coater 20 for supplying the electrode slurry to the surface of the electrode current collector, and the electrode slurry is applied. It includes a static electricity induction unit 30 that induces static electricity on the back surface of the current collector.
  • the transfer parts 11 and 12 may drive the electrode assembly by a method commonly applied in the art, but specifically, a pair disposed in the front and rear of the electrode current collector in the driving direction in a roll-to-roll method. It may include rollers 11 and 12 of.
  • the transfer units 11 and 12 may be operated at a speed at which the electrode slurry can be uniformly applied to the surface of the electrode assembly, but may be operated at a speed of 20 to 100 m/min, more specifically as 30 to 90 m/min; 40 to 90 m/min; 50 to 100 m/min; 70 to 100 m/min; 20 to 80 m/min; 20 to 60 m/min; 20 to 40 m/min; 40 to 80 m/min; Alternatively, it may run at a speed of 25 to 70 m/min.
  • the present invention by controlling the operating speed of the transfer units 11 and 12 as described above, not only can the electrode slurry be applied to the surface of the electrode assembly in a constant thickness, but also the static electricity induction unit can be applied to the back surface of the electrode current collector to which the electrode slurry is applied. It can provide the time required to induce static electricity.
  • the coater 20 is a unit that supplies electrode slurry to the surface of a moving electrode current collector, and may be applied in a manner commonly applied in the art, but may specifically include a slot die coater.
  • the slot die coater forms an electrode mixture layer by applying electrode slurry on an electrode current collector, and may have a structure in which the electrode slurry is discharged through a pair of discharge ports formed on an upper die and a lower die. In this way, a two-layer electrode mixture layer can be formed.
  • the static electricity induction unit 30 is located below the electrode current collector moving by the transfer unit, the electrode slurry is discharged by the coater 20, and the discharged electrode slurry is applied to the back surface of the electrode current collector. induce static electricity
  • the electrode slurry applied to the surface of the electrode current collector contains an ionic binder having an electric charge
  • the static electricity induction part 30 contains an ionic binder on the back surface of the electrode current collector coated with the electrode slurry. Static electricity can be induced to be charged with a charge opposite to that of the binder.
  • the electrostatic induction machine when the electrostatic induction machine applies an electrode slurry containing an ionic binder exhibiting a (+) charge to an electrode current collector, the electrostatic induction machine can induce a (-) charge on the back of the electrode current collector coated with the electrode slurry. there is; Alternatively, when the electrode slurry containing the ionic binder exhibiting negative charge is applied to the current collector, the static electricity induction machine may induce positive charge on the back side of the current collector coated with the electrode slurry.
  • the type of the ionic binder is not particularly limited as long as it has an electric charge, but considering the bonding strength with electrode active materials and the electrical properties inside the mixture layer, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyacrylic acid (PAA), poly Acrylonitrile (PAN: polyacrylonitrile), PAM: polyacryl amide (SBR: styrene butadiene rubber), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber (butyl rubber), fluoro rubber (fluoro rubber), polyvinyl alcohol (PVA: polyvinyl alcohol), polyethylene glycol (PEG: polyethylene glycol), and at least one polymer selected from the group consisting of alginate.
  • Some of the polymers, including carboxyl group (-COOH) or sulfone group (-SOOOH) may have a (-) charge by having a salt form with an alkali metal ion such as Na + or Li + .
  • the form or driving method of the static electricity induction unit 30 is not limited as long as it can induce static electricity by charging the surface of the electrode current collector, but specifically, it directly rubs against the moving electrode current collector to prevent contact charging. It may have an inducing structure or may have a structure inducing triboelectric charging by providing a separate friction member.
  • Matter is composed of atomic nuclei and electrons, and to maintain neutrality, the number of electrons and nuclei must be the same.
  • electrons particularly those in orbits furthest from the nucleus
  • one material receives electrons and becomes negatively charged, while the other material loses electrons and becomes positively charged.
  • the stronger the contact pressure and the higher the separation rate (contact speed) of electrons the greater the amount of charge.
  • Charging methods that use these phenomena to impart charge to the surface of a material include contact charging, frictional charging, peeling charging, and the like.
  • contact electrification occurs when two different objects come into contact and are separated. When different objects come into contact, charge transfer occurs in each object to form an electric double layer, and static electricity is generated by charge separation.
  • contact electrification may occur depending on surface conditions such as corrosion and smoothness even for objects of the same type, and one of such electrification methods is “frictional electrification”.
  • “Frictional electrification” refers to a phenomenon in which static electricity is generated when an object causes friction or when a contact is moved by friction and charges are separated.
  • the static electricity induction unit 30 of the present invention may apply electric charge to the surface of a moving electrode current collector by using such contact electrification and triboelectric charge.
  • the static electricity induction unit includes a roller 30 that comes into contact with the back surface of an electrode current collector F on which an electrode slurry S is applied to the surface by applying a contact charging method as shown in FIG. 2,
  • the surface of the roller 30 may be coated with an electrostatic induction material so that the electrostatic induction material directly comes into contact with the area where the electrode slurry S is applied, that is, the back surface of the coating portion Fc, of the back surface of the electrode current collector F. there is.
  • the roller 30 includes an electrification area 31 coated with an electrostatic inducing material on the back surface of the coating part Fc to which the electrode slurry S is applied, and directly charges the back surface of the electrode current collector F while it is running.
  • an electrostatic inducing material on the back surface of the coating part Fc to which the electrode slurry S is applied, and directly charges the back surface of the electrode current collector F while it is running.
  • Ebonite, glass, nylon, wool, rayon, wool, silk, silk, paper, iron, rubber, copper, silver, gold, platinum, polystyrene, acrylic, celluloid, poly Vinyl chloride, polypropylene polyethylene, silicone or Teflon may be used.
  • the static electricity inducing material may include Teflon, polyvinyl chloride, celluloid, or rubber.
  • the static electricity inducing material since the static electricity inducing material is coated on the back surface of the coating portion Fc to which the electrode slurry is applied, it may be coated on the entire surface of the roller 30 or only on the central portion of the roller 30 .
  • the roller 30 When the static induction material is coated on the central portion of the roller 30, the roller 30 may include non-electrified areas 32 on both ends of which the static induction material is not coated. In this case, the static induction material is not coated.
  • the total area of the electrification area 32 may be 25% or less of the total surface of the roller 30 .
  • the static electricity induction unit 30 may have a configuration of a friction member by applying a frictional electrification method.
  • the static electricity induction unit 30 is a motor unit 320 composed of a motor 322 and a power transmission shaft 321 coupled to a motor shaft of the motor and having a gear formed on an outer circumferential surface thereof.
  • a circular rotational friction member 331 having gears formed on an outer circumferential surface thereof to be gear-coupled with the power transmission shaft 321 and rotated by the rotation of the power transmission shaft, and a fixed friction member 332 installed in contact with one side of the outer circumferential surface of the rotational friction member and an arc-shaped static electricity induction member 333 spaced apart from the rotational friction member 331 at a predetermined distance and installed at a position symmetrical to the fixed friction member 332 around the rotational friction member 331, and the static electricity a static electricity generating unit 330 composed of a static electricity induction wire 334 installed on one side of the induction member 333; and an electrostatic plate 340 connected to the static electricity induction member 333 by the static electricity induction wire 334, having a surface charged thereon, and facing the back surface of the electrode current collector.
  • the motor unit 320 is coupled with a motor 322 supplied with power 323 from the outside or driven by a battery, etc., and a motor shaft of the motor 322 and a power transmission shaft formed with a gear on an outer circumferential surface ( 321).
  • the gear formed on the outer circumferential surface of the power transmission shaft 321 is formed to rotate the rotational friction member by engaging with a rotational friction member to be mentioned below.
  • the gear formed on the outer circumferential surface of the power transmission shaft 321 is formed to rotate the rotational friction member 331 by engaging with the rotational friction member 331 to be described below.
  • the static electricity generator 50 is installed to be gear-coupled with the power transmission shaft 321, and when the motor 322 rotates, a circular rotation with a gear formed on the outer circumferential surface is rotated by the rotation of the power transmission shaft 321.
  • a gear is formed on the upper or lower portion of the outer circumferential surface, and the fixed friction member 332 is in surface contact with the outer circumferential surface on which the gear is not formed.
  • the materials constituting the rotating friction member 331 and the stationary friction member 332 it is preferable to use a material having a high electrification sequence in order to increase the amount of static electricity generated. You can use whatever material you have.
  • the power transmission shaft 321 and the rotational friction member 331 are installed to be engaged with each other in a worm gear manner, and when the power transmission shaft 321 rotates, the power transmission shaft 321 is engaged with the gear of the power transmission shaft 321 The rotational friction member 331 rotates, and thus the rotational friction member 331 and the stationary friction member 332 rub against each other and static electricity is generated.
  • an electrostatic induction member 333 is installed adjacent to the rotational friction member 331 but farthest from the stationary friction member 332.
  • the fixed friction member 332 may be formed in various shapes and used, and although not shown in the drawings, an integral pad may be fixed to the body case 310 and used.
  • the fixed friction member may have a brush shape.
  • the static electricity induction wire 334 it is preferable to use a wire coated with an insulating material so that the static electricity generated from the rotating friction member 331 and the stationary friction member 332 is not lost when being induced to the electrostatic plate 340. do.
  • the static plate 340 is connected to the static electricity inducing member 333 and is formed to discharge induced static electricity over a wide area, and as shown in the drawing, the static electricity plate 340 is formed in a plate shape to cover a large area. It may be formed to have, and may be arranged to be spaced apart from the back surface of the electrode current collector by a predetermined distance. At this time, the separation distance may be 1 to 30 cm, specifically 1 to 20 cm; 1-10 cm; 1-5 cm; 5-10 cm; 10-20 cm; Or it may be 15 to 30 cm.
  • the electrostatic plate 340 may indirectly induce charging on the back surface of the electrode current collector by being spaced apart from each other by a predetermined distance on the back surface of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied.
  • the static electricity induction unit 30 may control the rotational speed of the rotational friction member 331 in order to sufficiently induce static electricity on the back surface of the electrode current collector, and for this purpose, a controller 350 is separately included inside the case. can do.
  • the electrode coating device has the above-described configuration to prevent the ionic binder of the electrode slurry applied to the surface of the electrode current collector from moving to the surface and increasing in concentration due to the solvent volatilized during the drying process of the electrode.
  • It provides a method for manufacturing an electrode using the electrode coating device.
  • the manufacturing method of the electrode includes applying an electrode slurry to a surface of an electrode current collector; and inducing static electricity to the back surface of the electrode current collector to which the electrode slurry is applied.
  • an electrode slurry containing an ionic binder having an electric charge is applied to the surface of an electrode current collector, and the reverse side of the electrode current collector to which the electrode slurry is applied is opposite to the charge of the ionic binder
  • the electrode slurry may contain an ionic binder exhibiting (+) charge, and in this case, (-) charge may be induced on the back surface of the electrode current collector coated with the electrode slurry.
  • the electrode slurry may contain an electrode slurry containing an ionic binder exhibiting (-) charge, and in this case, (+) charge may be induced on the back surface of the electrode current collector coated with the electrode slurry.
  • the type of the ionic binder is not particularly limited as long as it has an electric charge, but considering the bonding strength with electrode active materials and the electrical properties inside the mixture layer, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyacrylic acid (PAA), poly Acrylonitrile (PAN: polyacrylonitrile), PAM: polyacryl amide (SBR: styrene butadiene rubber), acrylonitrile butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber (butyl rubber), fluoro rubber (fluoro rubber), polyvinyl alcohol (PVA: polyvinyl alcohol), polyethylene glycol (PEG: polyethylene glycol), and at least one polymer selected from the group consisting of alginate.
  • Some of the polymers, including carboxyl group (-COOH) or sulfone group (-SOOOH) may have a (-) charge by having a salt form with an alkali metal ion such as Na + or Li + .
  • the ionic binder contained in the electrode slurry includes carboxylmethyl cellulose (Na-CMC) partially substituted with Na+, and the static induction group is applied to the back surface of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied. A (+) charge can be induced.
  • Ca-CMC carboxylmethyl cellulose
  • the ionic binder may be included in an amount of 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode slurry, specifically 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total; or 1 to 4 parts by weight.
  • the step of inducing static electricity on the back surface of the electrode current collector is performed by contact charging between the back surface of the electrode current collector and the static electricity inducing material; Alternatively, it may be performed by triboelectric charging of the friction member.
  • the electrostatic induction is ebonite, glass, nylon, wool, rayon, wool, silk, silk, paper, iron, rubber, copper, silver, gold, platinum, polystyrene, acrylic, celluloid, polyvinylchloride, polypropylene polyethylene , contacting an electrostatic inducing material such as silicon or Teflon to the back surface of the electrode current collector; Alternatively, it may be performed by preparing a separate friction member and bringing charges generated by friction of the prepared friction member close to the back surface of the current collector.
  • the method of manufacturing an electrode according to the present invention may further include drying the electrode slurry applied to one surface of the electrode current collector after the step of inducing static electricity on the back surface of the electrode current collector.
  • the drying step is performed at a high temperature and the solvent of the electrode slurry is volatilized, the ionic binder uniformly dispersed in the electrode slurry is fixed to the bottom of the electrode slurry close to the electrode current collector by static electricity induced on the back surface of the electrode current collector Therefore, it is possible to prevent the ionic binder from being concentrated on the surface of the electrode slurry.
  • the step of drying the electrode slurry may be performed at a temperature required to remove the solvent contained in the electrode slurry, specifically 50 ° C to 200 ° C, more specifically 50 ° C to 200 ° C; 80° C. to 200° C.; 100° C. to 200° C.; 80° C. to 150° C.; or 110 °C to 180 °C.
  • the method of manufacturing an electrode according to the present invention may be performed using the electrode coating device described above, and thus, an electrode slurry containing an ionic binder having an electric charge is applied to the surface of an electrode current collector, and the electrode slurry is applied It is possible to prevent the concentration of the binder on the surface of the electrode slurry while the solvent in the electrode slurry volatilizes during drying of the electrode slurry by inducing static electricity by charging the back surface of the electrode current collector with a charge opposite to that of the ionic binder. .
  • a thin copper plate was prepared. Separately, water was injected into a homomixer, and particles containing natural graphite and silicon (Si) as negative electrode active materials, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxylmethylcellulose (CMC) substituted with Na were mixed in a ratio of 80:10:1: A negative electrode slurry was prepared by weighing at a weight ratio of 2, adding each separately, and then mixing at 3,000 rpm for 60 minutes.
  • Si natural graphite and silicon
  • SBR styrene butadiene rubber
  • CMC carboxylmethylcellulose
  • the prepared copper thin plate was fixed to the transfer unit 11 of the electrode coating device having the structure shown in FIG. 1, and the prepared negative electrode slurry was introduced into the coater 20. Then, by operating the electrode coating device, the negative electrode slurry was applied to the surface of the thin copper plate as the current collector of the electrode.
  • the electrode current collector coated with the negative electrode slurry was transferred to a drying unit to form a negative electrode mixture layer in which the negative electrode slurry was dried, and then rolled to manufacture a negative electrode for a lithium secondary battery.
  • the total thickness of the negative electrode mixture layer was 150 ⁇ m, and the total thickness of the prepared negative electrode was about 200 ⁇ m.
  • the total thickness of the prepared negative electrode was about 200 ⁇ m.
  • the static electricity induction unit induced static electricity on the back of the thin copper plate on which the cathode slurry was applied on the surface by triboelectric charging, and the running speed of the transfer unit and whether or not the static electricity induction unit was operating before drying (i.e., presence or absence of + charge charge) ), and the drying temperature of the drying part is as shown in Table 1 below.
  • the positive electrodes prepared in Examples and Comparative Examples were cut to have horizontal and vertical lengths of 25 mm and 70 mm, respectively, and were pressed using a press at 70 ° C. and 4 MPa to prepare specimens.
  • the prepared specimen was attached and fixed to a glass plate using double-sided tape, and at this time, the current collector was placed so as to face the glass plate.
  • the second composite layer portion of the specimen was peeled at an angle of 90 ° at a speed of 100 mm / min at 25 ° C using a tensile tester, and the peel force at this time was measured in real time, and the average value was defined as the adhesive force of the negative electrode composite layer.
  • Table 2 The results are shown in Table 2 below.
  • the sheet resistance of the electrode was measured using a 4-point probe method for the cathodes prepared in Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 2 below.
  • N-methylpyrrolidone was injected into a homo mixer, and 96 parts by weight of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 as a cathode active material based on 100 parts by weight of solid content of the cathode slurry; 2 parts by weight of carbon black as a conductive material; and 2 parts by weight of PVdF as a binder were weighed and added, and mixed at 2,000 rpm for 30 minutes to prepare a positive electrode slurry.
  • the prepared positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum current collector, dried at 100° C., and rolled to prepare a positive electrode. At this time, the total thickness of the positive electrode mixture layer was 160 ⁇ m, and the total thickness of the prepared positive electrode was about 200 ⁇ m.
  • a separator (thickness: about 16 ⁇ m) made of a porous polyethylene (PE) film was laminated between the prepared positive electrode and the negative electrode of Examples and Comparative Examples, and E2DVC was injected as an electrolyte to prepare a full cell type cell. did
  • E2DVC is a kind of carbonate-based electrolyte
  • lithium hexafluorophosphate (EC): dimethyl carbonate (DMC): diethyl carbonate (DEC) 1: 1: 1 (volume ratio) in a mixture LiPF6, 1.0M) and vinyl carbonate (VC, 2% by weight).
  • the electrode manufactured according to the present invention has excellent adhesion between the electrode mixture layer and the electrode current collector and excellent electrical performance.
  • the negative electrode for a lithium secondary battery of the embodiment in which the electrode slurry is applied to the surface of the electrode current collector and static electricity is induced on the back side of the electrode current collector coated with the electrode slurry has an adhesive force between the negative electrode mixture layer and the current collector of 35 N / m It exhibited high adhesion exceeding , electrode resistance was below, and it was shown that the capacity retention rate exceeded 95% after 200 charge/discharge cycles.
  • the electrode coating device according to the present invention and the method of manufacturing an electrode using the same have an electric charge opposite to that of the ionic binder contained as a binder in the electrode slurry on the back of the electrode current collector on which the electrode slurry is applied on the surface.
  • By inducing static electricity it is possible to prevent the binder from moving to the surface of the electrode slurry even if the solvent volatilizes during the drying process of the electrode slurry, so the adhesive strength of the electrode mixture layer formed by drying the electrode slurry and the electrode current collector There is an advantage that the effect of improving the is excellent.
  • electrode coating device 11 and 12 transfer unit
  • body case 320 motor unit

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Abstract

본 발명은 전극 건조장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것으로, 상기 전극 건조장치는 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 전극 슬러리에 바인더로서 함유된 이온성 바인더가 갖는 전하와 반대의 전하를 갖도로 정전기를 유도함으로써, 전극 슬러리의 건조 공정 시 용매의 휘발이 발생하더라도 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 이동하는 것을 방지할 수 있으므로, 전극 슬러리가 건조되어 형성되는 전극 합재층과 전극 집전체의 접착력을 개선하는 효과가 우수한 이점이 있다.

Description

전극 코팅장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법
본 발명은 전극 집전체 상에 전극 슬러리를 코팅하는 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것이다.
본 출원은 2021. 09. 27일자 대한민국 특허 출원 제10-2021-0127327호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개신된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
리튬 이차전지의 전극은 이러한 활물질과 바인더(binder) 수지 성분을 혼합하여 용매에 분산시켜 슬러리(slurry)를 만들고, 이를 집전체 표면에 도포하여 건조 후 합재층을 형성시켜 제작된다.
이러한 리튬 이차전지의 보다 높은 에너지 밀도를 달성하기 위해서는 고용량의 활물질을 이용하여 전극에 로딩(loading)되는 활물질의 로딩이 높아짐에 따라 활물질과 전극간의 접착력이 떨어지게 되거나, 음극 활물질 상호간 접촉 계면의 변화에 따른 저항 증가로 인해, 충방전 사이클이 진행됨에 따라 용량이 급격하게 저하되어 사이클 수명이 짧아지는 문제점을 가지고 있다.
일반적으로 바인더로 고분자 바인더가 널리 사용되고 있으며, 이러한 고분자 바인더의 양을 늘려 활물질간 뿐만 아니라 활물질과 집전체 사이의 결착력을 높이고, 집전체로부터 활물질의 탈리를 감소시키며, 전지의 충방전에 따른 부피 팽창을 억제의 효과를 높일 수 있으나, 과량의 고분자를 바인더를 사용하게 되면 바인더의 전기절연성에 의해 음극의 전기 저항이 높아지고, 상대적으로 활물질의 양이 감소함으로 인해 용량 감소 등의 문제점이 대두되고 있다.
또한, 건조 공정에서 슬러리 내의 용매가 휘발되면서 슬러리 내부에 균일하게 분산되어 있던 바인더가 슬러리 표면으로 올라와 집중되는 현상이 유도되므로, 이로 인해 전극 내의 고른 화학 반응을 유도하기 어렵고, 바인더의 길이가 길어질수록 바인더끼리 따로 뭉쳐지는 경향이 높아지며, 경시성에도 영향을 미치는 문제가 있다.
따라서, 적은 양으로도 강한 접착력으로 전극 제조 시 전극 활물질간 또는 전극 활물질과 집전체 사이의 분리를 방지하고, 강한 물성으로 반복되는 충방전 시 발생되는 전극 활물질의 부피 팽창을 제어하여 전극의 구조적 안정성 및 이로 인한 전지의 성능 향상을 도모할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
[특허문헌]
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0014629호
이에, 본 발명의 목적은 전극 슬러리 건조 공정에서도 슬러리 내에 함유된 바인더가 표면으로 올라와 집중되는 현상을 방지하여 전극의 합재층과 전극 집전체 간의 접착력을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
롤투롤 방식으로 전극 집전체를 이동시키는 이송부;
상기 이송부에 의해 이동하는 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 토출하는 코터; 및
상기 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 정전기 유도부를 포함하는 전극 코팅장치를 제공한다.
여기서, 상기 정전기 유도부는 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면과 정전기유도 물질을 접촉시켜 접촉 대전에 의해 정전기를 유도하거나, 또는 마찰 부재의 마찰 대전에 의해 형성된 전하를 이용함으로써 정전기를 유도할 수 있다.
하나의 예로서, 정전기 유도부는 표면에 정전기 유도 물질이 코팅된 대전 영역을 포함하는 롤러를 포함하고, 상기 롤러의 정전기 유도 물질과 전극 집전체의 접촉에 의해 정전기가 유도될 수 있다.
이 경우, 상기 정전기 유도 물질은 에보나이트, 유리, 나일론, 울, 레이온, 양모, 실크, 명주, 종이, 철, 고무, 구리, 은, 금, 백금, 폴리스티렌, 아크릴, 셀룰로이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌 폴리에틸렌, 실리콘 또는 테프론을 포함할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 정전기 유도부는,
모터와, 상기 모터의 모터축과 축 결합되며, 외주면에 기어가 형성된 동력 전달축으로 구성된 모터부;
상기 동력전달축과 기어결합되어 동력전달축의 회전에 의해 회전하도록 외주면에 기어가 형성된 원형의 회전마찰부재와 상기 회전마찰부재의 외주면 일측에 접촉되게 설치된 고정마찰부재와, 상기 회전마찰부재와 일정거리 이격되고 상기 회전마찰부재를 중심으로 상기 고정마찰부재와 대칭되는 위치에 설치되는 호형의 정전기 유도부재와, 상기 정전기유도부재의 일측에 설치된 정전기 유도선으로 구성된 정전기 발생부; 및
상기 정전기 유도선에 의해 정전기 유도부재와 연결되어 표면에 전하를 띠고, 전극 집전체의 이면과 대면하도록 마련되는 정전기판을 포함하고, 상기 회전마찰부재에 의해 유도된 전하가 전극 집전체의 이면에 근접시킴으로써 정전기를 유도할 수 있다.
이때, 상기 회전마찰부재는 외주면의 상부 또는 하부에 기어가 형성되고, 기어가 형성되지 않은 외주면에는 상기 고정마찰부재가 면 접촉하는 구조를 가질 수 있다.
한편, 상기 전극 집전체의 표면에 도포되는 전극 슬러리는 이온성 바인더를 함유할 수 있고, 상기 정전기 유도부는 전극 집전체 표면에 도포된 전극 슬러리의 이온성 바인더와 반대 전하를 전극 집전체 이면에 유도할 수 있다.
이때, 상기 이온성 바인더는 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오즈, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴 아미드, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오르 고무, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글리콜 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이송부는 20 내지 100 m/min의 속도로 운행될 수 있다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
전극 집전체의 일면에 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및
전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계를 포함하는 전극의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 전극 슬러리는 이온성 바인더를 함유하고, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 유도되는 정전기는 상기 이온성 바인더와 반대 저하를 가질 수 있다.
또한, 상기 이온성 바인더는 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile), 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide), 스티렌부타디엔 고무(SBR: styrene butadiene rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 플루오르 고무(fluoro rubber), 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol) 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계는 전극 집전체의 이면과 정전기 유도 물질과의 접촉 대전에 의해 수행되거나; 또는 마찰 부재의 마찰 대전에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 정전기를 유도하는 단계 이후에, 전극 집전체의 일면에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극 슬러리를 건조시키는 단계는 50℃ 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 코팅장치는 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 전극 슬러리에 바인더로서 함유된 이온성 바인더가 갖는 전하와 반대의 전하를 갖도록 정전기를 유도함으로써, 전극 슬러리의 건조 공정 시 용매의 휘발이 발생하더라도 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 이동하는 것을 방지할 수 있으므로, 전극 슬러리가 건조되어 형성되는 전극 합재층과 전극 집전체의 접착력을 개선하는 효과가 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 코팅장치의 구조를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정전기 유도부의 일례를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 정전기 유도부의 다른 일례를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 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 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
전극 제조용 코팅장치
본 발명은 일실시예에서,
롤투롤 방식의 공급 공정을 통해 전극 집전체를 주행방향으로 이동시키는 이송부;
상기 이동 유닛의 상부에 위치하여, 이동 유닛에 의해 이동하는 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 토출하는 코터; 및
상기 이동 유닛의 하부에 배치되어, 상기 코터에 의해 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 정전기 유도부를 포함하는 전극 제조용 코팅장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전극 제조용 코팅장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극 집전체를 이동시키는 이송부(11 및 12), 전극 집전체 표면에 전극 슬러리를 공급하는 코터(20), 및 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체 이면에 정전기를 유도하는 정전기 유도부(30)를 포함한다.
이때, 상기 이송부(11 및 12)는 당업계에서 통상적으로 적용되는 방식에 의해 전극 조립체를 주행시킬 수 있으나, 구체적으로는 롤투롤 방식으로 전극 집전체의 주행 방향의 전방과 후방에 배치되는 한 쌍의 롤러(11 및 12)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이송부(11 및 12)는 전극 조립체의 표면에 전극 슬러리가 일정하게 도포될 수 있는 속도로 운행될 수 있으나, 구체적으로는 20 내지 100 m/min의 속도로 운행될 수 있고, 보다 구체적으로는 30 내지 90 m/min; 40 내지 90 m/min; 50 내지 100 m/min; 70 내지 100 m/min; 20 내지 80 m/min; 20 내지 60 m/min; 20 내지 40 m/min; 40 내지 80 m/min; 또는 25 내지 70 m/min의 속도로 운행될 수 있다. 본 발명은 이송부(11 및 12)의 운행 속도를 상기와 같이 제어함으로써 전극 조립체의 표면에 전극 슬러리를 일정한 두께로 도포할 수 있을 뿐만 아니라, 정전기 유도부가 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는데 요구되는 시간을 제공할 수 있다.
아울러, 상기 코터(20)는 이동하는 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 공급하는 유닛으로서, 당업계에서 통상적으로 적용되는 방식으로 적용될 수 있으나, 구체적으로는 슬롯 다이 코터를 포함할 수 있다.
상기 슬롯 다이 코터는 전극 집전체 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 합재층을 형성하는데, 상부 다이와 하부 다이에 형성되는 한쌍의 토출구를 통해 전극 슬러리를 토출하는 구조를 가질 수 있으며, 이로써 전극 집전체 상에 2층의 전극 합재층을 형성할 수 있다.
아울러, 상기 정전기 유도부(30)는 이송부에 의해 이동하는 전극 집전체에 하부에 위치하여, 코터(20)에 의해 전극 슬러리가 토출되고, 토출된 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도한다.
여기서, 상기 정전기 유도부(30)는 전극 집전체의 표면에 도포된 전극 슬러리는 전하를 갖는 이온성 바인더를 함유하고, 상기 정전기 유도부(30)는 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 이온성 바인더의 전하와 반대되는 전하로 대전되도록 정전기를 유도할 수 있다.
즉, 정전기 유도기는 (+) 전하를 나타내는 이온성 바인더를 함유하는 전극 슬러리를 전극 집전체에 도포하는 경우, 정전기 유도기는 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 (-) 전하를 유도할 수 있고; 또는 (-) 전하를 나타내는 이온성 바인더를 함유하는 전극 슬러리를 전극 집전체에 도포하는 경우, 정전기 유도기는 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 (+) 전하를 유도할 수 있다.
상기 이온성 바인더는 전하는 갖는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 전극 활물질들과의 접합력 및 합재층 내부에서의 전기적 물성을 고려하여, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile), 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide), 스티렌부타디엔 고무(SBR: styrene butadiene rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 플루오르 고무(fluoro rubber), 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol) 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 중합체들은 카르복실기(-COOH)나 설폰기(-SOOOH) 등을 포함하여 일부가 Na+나 Li+ 등의 알칼리 금속 이온 등과 염의 형태를 가짐으로써 (-) 전하를 가질 수 있다.
또한, 상기 정전기 유도부(30)는 전극 집전체의 표면을 대전시켜 정전기를 유도할 수 있다면 그 형태나 구동 방식이 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 이동하는 전극 집전체와 직접적으로 마찰하여 접촉 대전을 유도하는 구조를 갖거나 별도의 마찰부재를 구비하여 마찰 대전을 유도하는 구조를 가질 수 있다.
물질은 원자핵과 전자로 구성되며, 중성을 유지하기 위해서는 전자와 핵의 수가 같아야 한다. 그러나, 전자(특히, 핵에서 가장 먼 궤도에 있는 전자)가 상대적으로 자유롭게 움직이므로, 두 물질이 접촉하면 한 물질은 전자를 받아 음전하를 띠고 다른 물질은 전자를 잃고 양전하를 띤다. 이때, 접촉 압력이 강하고, 전자의 박리율(접촉 속도)이 높을수록 대전량이 많아진다.
이러한 현상들을 이용하여 물질의 표면에 전하를 부여하는 대전 방식에는 접촉 대전, 마찰 대전, 박리 대전 등이 있다. 이 중, "접촉 대전"은 서로 다른 두 물체가 접촉하여 분리될 때 발생한다. 서로 다른 물체가 접촉하면 각 물체에서 전하 이동이 일어나 전기 이중층을 형성하고 전하 분리에 의해 정전기가 발생한다. 또한, 동일한 종류의 물체라도 부식, 평활성 등의 표면 상태에 따라 접촉 대전이 발생할 수 있는데, 이러한 대전 방식 중 하나가 "마찰 대전"이다. "마찰 대전"이란 물체가 마찰을 일으키거나 마찰에 의해 접점이 움직여 전하가 분리될 때 정전기가 발생하는 현상을 말한다.
본 발명의 정전기 유도부(30)는 이러한 접촉 대전과 마찰 대전을 이용하여 이동하는 전극 집전체의 표면에 전하를 부여할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 정전기 유도부는 도 2에 나타낸 바와 같이 접촉 대전의 방식을 적용하여 전극 슬러리(S)가 표면에 도포된 전극 집전체(F)의 이면과 맞닿는 롤러(30)를 포함하되, 상기 롤러(30)는 전극 집전체(F)의 이면 중 전극 슬러리(S)가 도포된 영역, 즉 코팅부(Fc)의 이면에 정전기 유도 물질이 직접 맞닿도록 정전기 유도 물질이 표면에 코팅될 수 있다.
상기 롤러(30)는 전극 슬러리(S)가 도포된 코팅부(Fc)의 이면에 정전기 유도 물질이 코팅된 대전 영역(31)을 포함하여 전극 집전체(F)의 주행 중 이면에 직접 전하를 유도할 수 있으며, 이때 사용 가능한 정전기 유도 물질로는 에보나이트, 유리, 나일론, 울, 레이온, 양모, 실크, 명주, 종이, 철, 고무, 구리, 은, 금, 백금, 폴리스티렌, 아크릴, 셀룰로이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌 폴리에틸렌, 실리콘 또는 테프론 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 정전기 유도 물질은 테프론, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로이드 또는 고무를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 정전기 유도 물질은 전극 슬러리가 도포된 코팅부(Fc)의 이면에 코팅되므로, 롤러(30)의 전체 표면에 코팅되거나 롤러의 중앙부만에 코팅될 수 있다. 정전기 유도 물질이 롤러(30)의 중앙부에 코팅되는 경우, 상기 롤러(30)는 양단에 정전기 유도 물질이 코팅되지 않는 비대전 영역(32)을 포함할 수 있고, 이때 정전기 유도 물질이 코팅되지 비대전 영역(32)의 총 면적은 롤러(30)의 전체 표면의 25% 이하일 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 정전기 유도부(30)는 마찰 대전의 방식을 적용하여 마찰 부재가 구비하는 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 정전기 유도부(30)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 모터(322)와, 상기 모터의 모터축과 축 결합되며, 외주면에 기어가 형성된 동력 전달축(321)으로 구성된 모터부(320); 상기 동력전달축(321)과 기어결합되어 동력전달축의 회전에 의해 회전하도록 외주면에 기어가 형성된 원형의 회전마찰부재(331)와 상기 회전마찰부재의 외주면 일측에 접촉되게 설치된 고정마찰부재(332)와, 상기 회전마찰부재(331)와 일정거리 이격되고 상기 회전마찰부재(331)를 중심으로 상기 고정마찰부재(332)와 대칭되는 위치에 설치되는 호형의 정전기유도부재(333)와, 상기 정전기유도부재(333)의 일측에 설치된 정전기 유도선(334)으로 구성된 정전기 발생부(330); 및 상기 정전기 유도선(334)에 의해 정전기유도부재(333)와 연결되어 표면에 전하를 띠고, 전극 집전체의 이면과 대면하도록 마련되는 정전기판(340)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모터부(320)는 외부로부터 전원(323)을 공급받거나 배터리 등에 의해 구동하는 모터(322)와, 상기 모터(322)의 모터축과 축 결합되며 외주면에 기어가 형성된 동력전달축(321)으로 구성된다. 동력전달축(321)의 외주면에 형성된 기어는 하기에서 언급할 회전마찰부재와 맞물려 회전마찰부재를 회전시키기 위해 형성된 것이다.
또한, 상기 동력전달축(321)의 외주면에 형성된 기어는 하기에서 언급할 회전마찰부재(331)와 맞물려 그 회전마찰부재(331)를 회전시키기 위해 형성된 것이다.
상기 정전기발생부(50)는 상기 동력전달축(321)과 기어결합되게 설치되고 상기 모터(322)가 회전하면 상기 동력전달축(321)의 회전에 의해 회전하도록 외주면에 기어가 형성된 원형의 회전마찰부재(331)와, 상기 회전마찰부재(331)의 외주면 일측에 접촉되게 설치된 고정마찰부재(332)와, 상기 회전마찰부재(331)와 일정거리 이격되고 상기 회전마찰부재(331)를 중심으로 상기 고정마찰부재(332)와 대칭되는 위치에 설치되는 호형의 정전기유도부재(333)와, 상기 정전기유도부재(333)의 일측에 설치되는 정전기유도선(334)로 구성된다.
이때, 상기 회전마찰부재(331)는 발생된 정전기의 손실을 줄이기 위해, 외주면의 상부 또는 하부에 기어가 형성되고, 기어가 형성되지 않은 외주면에는 상기 고정마찰부재(332)가 면 접촉하도록 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 상기 회전마찰부재(331)와 상기 고정마찰부재(332)을 이루는 재질에 특별한 한정은 두지 않지만, 정전기 발생량을 높이기 위해서는 대전 서열이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 각각의 형상으로 가공할 수 있는 재질의 것을 사용하면 되는 것이다.
또한, 상기 동력전달축(321)과 회전마찰부재(331)는 웜기어 방식으로 상호 기어물림되게 설치된 것이고, 상기 동력전달축(321)이 회전하게 되면 상기 동력전달축(321)의 기어에 맞물린 상기 회전마찰부재(331)가 회전하게 되며, 이에 따라 상기 회전마찰부재(331)와 고정마찰부재(332)가 마찰하며 정전기가 발생하게 된다.
상기와 같이 발생한 정전기는, 정전기 발생 부위 즉, 상기 고정마찰부재(332)의 근접위치에서 그 정전기를 상쇄시키려는 힘이 가장 강하므로 상기 정전기판(340)으로 발생된 정전기를 최대한 상쇄시키지 않고 전달하기 위해서, 상기 회전마찰부재(331)와는 인접하되 상기 고정마찰부재(332)와는 가장 원거리에 정전기유도부재(333)를 설치하는 것이다.
아울러, 상기 고정마찰부재(332)는 다양한 형태로 형성하여 사용할 수 있고, 도면에 도시되지 않았으나, 일체로 된 패드를 상기 본체 케이스(310)에 고정하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 고정마찰부재는 브러쉬 형태를 가질 수 있다.
상기 정전기유도선(334)은 상기 회전마찰부재(331)와 고정마찰부재(332)에서 발생된 정전기가 정전기판(340)으로 유도됨에 있어 손실되지 않도록 절연 소재로 피복된 전선을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 정전기판(340)은 상기 정전기유도부재(333)와 연결되어 유도된 정전기를 넓은 면적으로 방출하기 위해 형성되는 것이며, 그 형상은 도면에 도시된 바와 같이 판형으로 형성되어 넓은 면적을 갖도록 형성하여, 전극 집전체의 이면에 소정의 거리로 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 이격거리는 1~30㎝일 수 있고, 구체적으로는 1~20㎝; 1~10㎝; 1~5㎝; 5~10㎝; 10~20㎝; 또는 15~30㎝일 수 있다.
상기 정전기판(340)은 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 소정의 거리로 이격되어 배치됨으로써 전극 집전체의 이면에 간접적으로 대전을 유도할 수 있다.
나아가, 상기 정전기 유도부(30)는 전극 집전체의 이면에 정전기를 충분히 유도하기 위하여 회전마찰부재(331)의 회전 속도 등을 제어할 수 있으며, 이를 위하여 케이스 내부에 별도로 제어부(350)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 코팅장치는 상술된 구성을 가짐으로써 전극 집전체의 표면에 도포된 전극 슬러리의 이온성 바인더가 전극의 건조 과정에서 휘발되는 용매의 영향으로 표면으로 이동하여 농도가 높아지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
전극의 제조방법
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
상기 전극 코팅장치를 이용한 전극의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 전극의 제조방법은 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전극의 제조방법은 전하를 갖는 이온성 바인더를 함유하는 전극 슬러리를 전극 집전체의 표면에 도포하고, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 상기 이온성 바인더가 갖는 전하의 반대 전하로 대전시켜 정전기를 유도함으로써 전극 슬러리의 건조 시 전극 슬러리 내의 용매가 휘발하면서 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 슬러리는 (+) 전하를 나타내는 이온성 바인더를 함유할 수 있고, 이 경우, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에는 (-) 전하를 유도할 수 있다. 또는 상기 전극 슬러리는 (-) 전하를 나타내는 이온성 바인더를 함유하는 전극 슬러리를 함유할 수 있고, 이 경우, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 (+) 전하를 유도할 수 있다.
상기 이온성 바인더는 전하는 갖는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 전극 활물질들과의 접합력 및 합재층 내부에서의 전기적 물성을 고려하여, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴(PAN: polyacrylonitrile), 폴리아크릴 아미드(PAM: polyacryl amide), 스티렌부타디엔 고무(SBR: styrene butadiene rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(acrylonitrile butadiene rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 플루오르 고무(fluoro rubber), 폴리비닐알코올(PVA: polyvinyl alcohol), 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol) 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 중합체들은 카르복실기(-COOH)나 설폰기(-SOOOH) 등을 포함하여 일부가 Na+나 Li+ 등의 알칼리 금속 이온 등과 염의 형태를 가짐으로써 (-) 전하를 가질 수 있다.
하나의 예로서, 전극 슬러리에 함유된 이온성 바인더는 일부가 Na+로 치환된 카복실메틸 셀룰로오스(Na-CMC)를 포함하고, 상기 정전기 유도기는 상기 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 (+) 전하를 유도할 수 있다.
또한, 상기 이온성 바인더는 전극 슬러리 전체 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 구체적으로는 전체 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부; 또는 1 내지 4 중량부로 포함될 수 있다.
아울러, 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계는 전극 집전체의 이면과 정전기 유도 물질과의 접촉 대전에 의해 수행되거나; 또는 마찰 부재의 마찰 대전에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 정전기 유도는 에보나이트, 유리, 나일론, 울, 레이온, 양모, 실크, 명주, 종이, 철, 고무, 구리, 은, 금, 백금, 폴리스티렌, 아크릴, 셀룰로이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌 폴리에틸렌, 실리콘 또는 테프론 등의 정전기 유도 물질을 전극 집전체의 이면에 접촉시키거나; 또는 별도의 마찰 부재를 준비하고, 준비된 마찰 부재의 마찰에 의해 생성된 전하를 전극 집전체의 이면에 근접시킴으로써 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극의 제조방법은 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계 이후에, 전극 집전체의 일면에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 고온 조건에서 수행되어 전극 슬러리의 용매가 휘발되더라도, 전극 집전체의 이면에 유도된 정전기에 의해 전극 슬러리 내에 균일하게 분산된 이온성 바인더가 전극 집전체와 가까운 전극 슬러리의 하부에 고정되므로 이온성 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 이동하여 집중되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 전극 슬러리를 건조시키는 단계는 전극 슬러리에 함유된 용매를 제거하는데 필요한 온도에서 수행될 수 있으며, 구체적으로는 50℃ 내지 200℃일 수 있고, 보다 구체적으로는 50℃ 내지 200℃; 80℃ 내지 200℃; 100℃ 내지 200℃; 80℃ 내지 150℃; 또는 110℃ 내지 180℃일 수 있다.
본 발명에 따른 전극의 제조방법은 앞서 상술된 전극 코팅장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 이에 따라 전하를 갖는 이온성 바인더를 함유하는 전극 슬러리를 전극 집전체의 표면에 도포하고, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 상기 이온성 바인더가 갖는 전하의 반대 전하로 대전시켜 정전기를 유도함으로써 전극 슬러리의 건조 시 전극 슬러리 내의 용매가 휘발하면서 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~3 및 비교예 1~3. 리튬 이차전지용 음극의 제조
리튬 이차전지용 음극을 제조하기 위하여 구리 박판을 준비하였다. 이와 별도로, 호모 믹서에 물을 주입하고, 음극활물질인 천연 흑연 및 규소(Si) 함유 입자와 바인더인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 Na로 치환된 카복실메틸셀룰로오스(CMC)를 80:10:1:2의 중량 비율로 칭량하여 각각 별도로 투입한 후, 3,000rpm에서 60분 동안 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다.
도 1과 같은 구조의 전극 코팅장치의 이송부(11)에 준비된 구리 박판을 고정시키고, 코터(20)에 제조된 음극 슬러리를 투입하였다. 그런 다음, 전극 코팅장치를 작동시켜 전극 집전체인 구리 박판의 표면에 음극 슬러리를 도포하였다.
음극 슬러리가 도포된 전극 집전체를 건조부로 이송하여 음극 슬러리가 건조된 음극 합재층을 형성하고, 이를 압연하여 리튬 이차전지용 음극을 제조하였다. 이때, 음극 합재층의 총 두께는 150㎛이었고, 제조된 음극의 총 두께는 약 200㎛이었다. 또한, 정전기 유도부는 도 3에 나타낸 바와 같이 마찰 대전 방식으로 음극 슬러리가 표면에 도포된 구리 박판 이면에 정전기를 유도하였으며, 이송부의 주행속도, 건조 전 정전기 유도부의 작동여부(즉, + 전하 대전 유무), 및 건조부의 건조 온도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
이송부의 주행속도 정전기 유도부의 작동여부 건조온도
실시예 1 30 m/min ○ 60℃
실시예 2 90 m/min ○ 60℃
실시예 3 90 m/min ○ 90℃
비교예 1 30 m/min X 60℃
비교예 2 90 m/min X 60℃
비교예 3 90 m/min X 90℃
실험예.
본 발명에 따라 제조된 전극의 성능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
음극 합재층의 접착력 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 양극을 가로 및 세로의 길이가 각각 25mm, 70mm가 되도록 절단하고, 프레스를 이용하여 70℃, 4MPa조건으로 가압하여 시편을 제작하였다. 준비된 시편을 양면 테이프를 이용하여 유리판에 부착하여 고정하였으며, 이때 집전체가 유리판에 대면하도록 배치하였다. 인장시험기를 이용하여 시편의 제2 합재층 부분을 25℃에서 100mm/min 속도로 90°의 각도로 박리하고 이때의 박리력을 실시간으로 측정해 그 평균값을 음극 합재층의 접착력으로 정의하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
전극 저항 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 음극을 대상으로 4점 프로브(4-point probe) 방식으로 전극의 면저항을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
전극 수명 평가
호모 믹서(homo mixer)에 N-메틸피롤리돈을 주입하고, 양극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 양극활물질로서 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 96 중량부; 도전재로서 카본 블랙 2 중량부; 및 바인더로서 PVdF 2 중량부를 칭량하여 투입한 다음, 2,000rpm에서 30분 동안 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다.
제조된 양극 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 다음 100℃에서 건조하고 압연하여 양극을 제조하였다. 이때 양극 합재층의 총 두께는 160㎛이었고, 제조된 양극의 총 두께는 약 200㎛이었다.
제조된 양극과 실시예 및 비교예의 음극의 사이에 다공질 폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 분리막 (두께: 약 16㎛)이 개재되도록 적층하고 전해액로 E2DVC를 주입하여 풀셀(full cell) 형태의 셀을 제작하였다.
여기서, "E2DVC"란 카보네이트계 전해액의 일종으로서, 에틸렌카보네이트(EC):디메틸카보네이트(DMC):디에틸카보네이트(DEC)=1:1:1 (부피비)의 혼합물에, 리튬 헥사플루오로 포스페이트(LiPF6, 1.0M) 및 비닐카보네이트(VC, 2 중량%)를 혼합한 용액을 의미한다.
제조된 각 리튬 이차전지를 대상으로 25℃에서 충전 종지 전압 4.25V, 방전 종지 전압 2.5V, 0.33C/0.33C 조건으로 200회 충방전(n=200)을 실시하면서 용량 유지율(Capacity Retention[%])을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
음극 합재층의
접착력 [N/m]		 전극 저항
[Ω/㎝]		 200회(n=200) 충방전 시 용량 유지율 [%]
실시예 1 41 2.1±0.05 94.4
실시예 2 38 2.0±0.05 96.3
실시예 3 37 2.2±0.05 95.8
비교예 1 26 3.3±0.05 87.8
비교예 2 25 3.2±0.05 89.5
비교예 3 25 3.3±0.05 89.9
본 발명에 따라 제조된 전극은 전극 합재층과 전극 집전체 간의 접착력이 우수하고, 전기적 성능이 뛰어난 것을 알 수 있다.
구체적으로, 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 도포하고, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도한 실시예의 리튬 이차전지용 음극은 음극 합재층과 집전체와의 접착력이 35N/m을 초과하는 높은 접착력을 나타내고, 전극 저항이 이하이며, 200회 충방전 후 용량 유지율이 95%를 초과하는 것을 나타났다.
반면, 전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하지 않은 비교예의 리튬 이차전지용 음극은 음극 합재층과 집전체 간의 접착력이 약할 뿐만 아니라, 전기적 성능이 낮은 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 전극 코팅장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법은 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 전극 슬러리에 바인더로서 함유된 이온성 바인더가 갖는 전하와 반대의 전하를 갖도로 정전기를 유도함으로써, 전극 슬러리의 건조 공정 시 용매의 휘발이 발생하더라도 바인더가 전극 슬러리의 표면으로 이동하는 것을 방지할 수 있으므로, 전극 슬러리가 건조되어 형성되는 전극 합재층과 전극 집전체의 접착력을 개선하는 효과가 우수한 이점이 있다.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 전극 코팅장치 11 및 12: 이송부
20: 코터 30: 정전기 유도부
31: 대전 영역 32: 비대전 영역
40: 건조부 50: 압연부
310: 본체 케이스 320: 모터부
321: 동력전달축 322: 모터
323: 외부 전원 330: 정전기발생부
331: 회전마찰부재 332: 고정마찰부재
333: 정전기유도부재 334: 정전기유도선
340: 정전기판 350: 제어부
F: 전극 집전체 S: 전극 슬러리
Fc: 전극 집전체의 전극 슬러리 코팅부
Fn: 전극 집전체의 전극 슬러리가 코팅되지 않은 무지부

Claims (14)

  1. 롤투롤 방식으로 전극 집전체를 이동시키는 이송부;
    상기 이송부에 의해 이동하는 전극 집전체의 표면에 전극 슬러리를 토출하는 코터; 및
    상기 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 정전기 유도부를 포함하는 전극 코팅장치.
  2. 제1항에 있어서,
    정전기 유도부는 표면에 정전기 유도 물질이 코팅된 대전 영역을 포함하는 롤러를 포함하는 전극 코팅장치.
  3. 제2항에 있어서,
    정전기 유도 물질은 에보나이트, 유리, 나일론, 울, 레이온, 양모, 실크, 명주, 종이, 철, 고무, 구리, 은, 금, 백금, 폴리스티렌, 아크릴, 셀룰로이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌 폴리에틸렌, 실리콘 또는 테프론을 포함하는 전극 코팅장치.
  4. 제1항에 있어서,
    정전기 유도부는,
    모터와, 상기 모터의 모터축과 축 결합되며, 외주면에 기어가 형성된 동력 전달축으로 구성된 모터부;
    상기 동력전달축과 기어결합되어 동력전달축의 회전에 의해 회전하도록 외주면에 기어가 형성된 원형의 회전마찰부재와 상기 회전마찰부재의 외주면 일측에 접촉되게 설치된 고정마찰부재와, 상기 회전마찰부재와 일정거리 이격되고 상기 회전마찰부재를 중심으로 상기 고정마찰부재와 대칭되는 위치에 설치되는 호형의 정전기 유도부재와, 상기 정전기유도부재의 일측에 설치된 정전기 유도선으로 구성된 정전기 발생부; 및
    상기 정전기 유도선에 의해 정전기 유도부재와 연결되어 표면에 전하를 띠고, 전극 집전체의 이면과 대면하도록 마련되는 정전기판을 포함하는 전극 코팅장치.
  5. 제4항에 있어서,
    회전마찰부재는 외주면의 상부 또는 하부에 기어가 형성되고,
    기어가 형성되지 않은 외주면에는 상기 고정마찰부재가 면 접촉하는 전극 코팅장치.
  6. 제1항에 있어서,
    전극 슬러리는 이온성 바인더를 함유하고,
    정전기 유도부는 전극 집전체 표면에 도포된 전극 슬러리의 이온성 바인더와 반대 전하를 전극 집전체 이면에 유도하는 전극 코팅장치.
  7. 제6항에 있어서,
    이온성 바인더는 카복실메틸 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴 아미드, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오르 고무, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글리콜 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함하는 전극 코팅장치.
  8. 제1항에 있어서,
    이송부는 20 내지 100 m/min의 속도로 운행되는 전극 코팅장치.
  9. 전극 집전체의 일면에 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및
    전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계를 포함하는 전극의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    전극 슬러리는 이온성 바인더를 함유하고,
    전극 슬러리가 도포된 전극 집전체의 이면에 유도되는 정전기는 상기 이온성 바인더와 반대 저하를 갖는 전극의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    이온성 바인더는 셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴 아미드, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 아크릴 고무, 부틸 고무, 플루오르 고무, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글리콜 및 알지네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중합체를 포함하는 전극의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    전극 집전체의 이면에 정전기를 유도하는 단계는
    전극 집전체의 이면과 정전기 유도 물질과의 접촉 대전에 의해 수행되거나; 또는
    마찰 부재의 마찰 대전에 의해 수행되는 전극의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 정전기를 유도하는 단계 이후에,
    전극 집전체의 일면에 도포된 전극 슬러리를 건조시키는 단계를 더 포함하는 전극의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    전극 슬러리를 건조시키는 단계는 50℃ 내지 200℃의 온도에서 수행되는 전극의 제조방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN216262704U (zh) * 2021-10-15 2022-04-12 江苏时代新能源科技有限公司 一种辊压装置及加工设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014007037A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Toyota Motor Corp 非水電解質二次電池の製造方法，および，その方法により製造された非水電解質二次電池
JP2014503967A (ja) * 2010-12-22 2014-02-13 ロックウッド リチウム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング リチウムバッテリー用電極
KR20150014629A (ko) 2013-07-30 2015-02-09 주식회사 엘지화학 접착력이 우수한 결착제를 포함하고 있는 이차전지용 전극
KR20180036631A (ko) * 2016-09-30 2018-04-09 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 및 이를 구비한 리튬 이차전지
KR20200015187A (ko) * 2018-08-03 2020-02-12 주식회사 엘지화학 극박의 만곡 개선 및 접힘 현상을 방지할 수 있는 전극 제조방법
KR20200042643A (ko) * 2018-10-16 2020-04-24 주식회사 엘지화학 극박의 만곡 개선 및 접힘 현상을 방지할 수 있는 극박의 이송 및 가공방법
KR20210127327A (ko) 2020-04-14 2021-10-22 송순영 리프팅 기능이 구비된 휠체어

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4021627B2 (ja) * 2000-03-22 2007-12-12 株式会社東芝 遺伝子検出用担体、及びインターフェロン療法の有効性を検出するためのその使用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014503967A (ja) * 2010-12-22 2014-02-13 ロックウッド リチウム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング リチウムバッテリー用電極
JP2014007037A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Toyota Motor Corp 非水電解質二次電池の製造方法，および，その方法により製造された非水電解質二次電池
KR20150014629A (ko) 2013-07-30 2015-02-09 주식회사 엘지화학 접착력이 우수한 결착제를 포함하고 있는 이차전지용 전극
KR20180036631A (ko) * 2016-09-30 2018-04-09 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 및 이를 구비한 리튬 이차전지
KR20200015187A (ko) * 2018-08-03 2020-02-12 주식회사 엘지화학 극박의 만곡 개선 및 접힘 현상을 방지할 수 있는 전극 제조방법
KR20200042643A (ko) * 2018-10-16 2020-04-24 주식회사 엘지화학 극박의 만곡 개선 및 접힘 현상을 방지할 수 있는 극박의 이송 및 가공방법
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