KR102496615B1 - Electrode for a secondary battery with improved rapid charging performance, a method of manufaturing the same and secondary battery comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 상기 전극을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 상기 전극은 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고, 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a secondary battery electrode, a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the electrode, wherein the electrode includes a current collector; and an electrode active material layer positioned on at least one surface of the current collector, and satisfies relational expression 1.
Description
본 발명은 급속 충전 성능이 개선된 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery electrode with improved rapid charging performance, a manufacturing method thereof, and a secondary battery including the same.
최근 고에너지 EV용 대형 Cell의 경우에는 전극의 밀도가 높기 때문에 높은 전류 밀도로 Cell을 충전 하였을 때, Li 이온이 음극 내부로 diffusion되는데 한계가 발생하게 되고, 이 경우 Li 이온이 음극의 표면에 석출됨으로써 Cell의 열화가 발생하게 된다. Recently, in the case of large cells for high-energy EVs, the density of the electrode is high, so when the cell is charged with a high current density, there is a limit in diffusion of Li ions into the cathode, and in this case, Li ions are deposited on the surface of the anode. As a result, cell deterioration occurs.
상기 문제를 개선하기 위해서는 음극의 밀도를 최대한 낮게 유지하거나, Li 이온이 음극 내부로 빠르게 diffusion 될 수 있도록 음극 표면 및 내부의 저항을 낮추어 주는 것이 중요하다.In order to improve the above problem, it is important to keep the density of the negative electrode as low as possible or to lower the surface and internal resistance of the negative electrode so that Li ions can quickly diffuse into the negative electrode.
Cell의 저항 및 급속 충전 성능 개선을 위하여 접착력이 높은 바인더를 개발하고, 이를 이용해 바인더의 함량을 낮추는 기술이 개발 중이나, 접착력이 높은 바인더의 종류 및 바인더 함량을 낮추는 데 한계가 있으며, 바인더 함량을 너무 낮추게 되면 Notching 공정이나 Cell의 충방전 과정에서 전극 합제층이 집전체에서 탈리가 발생하는 심각한 문제가 발생한다.In order to improve cell resistance and rapid charging performance, a binder with high adhesive strength is developed, and a technology is being developed to lower the content of the binder using this, but there are limitations in reducing the type and content of binder with high adhesive strength, If it is lowered, a serious problem arises in that the electrode mixture layer is detached from the current collector during the notching process or the charging and discharging process of the cell.
따라서 바인더를 음극 내부에서 효율적으로 분포 시키는 기술이 개발 중이며, 이 경우 집전체의 계면에는 바인더 함량이 높게 형성되어 탈리는 억제하면서 음극 합제층 및 표면에는 바인더 함량을 낮추는 것이 가능하여 Cell 성능을 개선할 수 있다. 이를 위해서 주로 Dual layer로 하층에 바인더 함량이 높은 음극 slurry를 형성시키고, 상층에는 바인더 함량이 낮은 음극 slurry를 제조하는 기술이 개발되어 있으나, 일반적인 건조 공정에서 바인더 입자가 음극 합제층의 표면으로 이동하는 현상 때문에 이상적인 바인더 분포를 구현하는 데에는 역시 한계가 있다.Therefore, a technology for efficiently distributing the binder inside the anode is being developed. In this case, a high binder content is formed at the interface of the current collector, and it is possible to reduce the binder content on the negative electrode mixture layer and surface while suppressing desorption, thereby improving cell performance. can To this end, a technology has been developed to form an anode slurry with a high binder content in the lower layer with a dual layer and a cathode slurry with a low binder content in the upper layer, but in a general drying process, the binder particles move to the surface of the anode mixture layer. Due to the phenomenon, there are also limitations in implementing an ideal binder distribution.
또한 음극의 집전체와 표면에서 접착력을 개선시키고 전기적인 컨택을 최대한 유지시키기 위하여 Carbon black, 또는 CNT 등 도전제가 집전체에 코팅된 기재를 준비하고, 이 집전체 상부에 음극 합제층을 형성시키는 기술이 개발되어 왔으나, Cell 성능을 개선하는 효과가 충분하지 못하다.In addition, in order to improve the adhesion between the current collector and the surface of the negative electrode and to maintain maximum electrical contact, a substrate coated with a conductive material such as carbon black or CNT is prepared on the current collector, and a negative electrode mixture layer is formed on the upper portion of the current collector. has been developed, but the effect of improving cell performance is not sufficient.
이에, 집전체-전극 합제층 간의 계면 비저항값이 낮고 급속 충전 성능이 개선된 리튬 이차전지의 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need to develop a lithium secondary battery having a low interface resistivity between a current collector and an electrode mixture layer and improved rapid charging performance.
본 발명의 리튬 이차전지용 전극은 집전체와 전극 활물질층의 계면 접착력을 향상시키고, 전극의 탈리와 같은 공정상, 외관상 불량을 방지하면서 동시에 급속 충전 성능을 개선하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the electrode for a lithium secondary battery of the present invention is to improve the interfacial adhesion between a current collector and an electrode active material layer, prevent defects in appearance in a process such as detachment of an electrode, and simultaneously improve rapid charging performance.
본 발명의 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법은 계면 접착력이 향상되고 공정, 외관상 불량을 방지하면서 급속 충전이 가능한 전극을 제조하는 것으로 목적으로 한다.An object of the method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery of the present invention is to manufacture an electrode capable of rapid charging while improving interfacial adhesion and preventing process and appearance defects.
본 발명의 일 구현예는 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는, 이차전지용 전극을 제공한다.One embodiment of the present invention is a current collector; and an electrode active material layer disposed on at least one surface of the current collector, and satisfying the following
[관계식 1][Relationship 1]
t2 ≤ t1 ≤ 8×t2 t 2 ≤ t 1 ≤ 8×t 2
상기 관계식 1에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.In the
상기 전극은 하기 관계식 2를 더 만족하는 것일 수 있다. The electrode may further satisfy the following relational expression 2.
[관계식 2][Relationship 2]
1.5×t2 ≤ t1 ≤ 5×t2 1.5×t 2 ≤ t 1 ≤ 5×t 2
상기 관계식 2에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.In the relational expression 2, t 1 is the thickness of the electrode active material layer excluding the current collector on the side close to the current collector based on the position where the electrode is separated from the inside of the electrode active material layer when the 90 ° bending adhesive force of the electrode is measured, and t 2 is the electrode active material layer thickness. It is the particle size (D50) of the electrode active material included in the active material layer.
상기 전극 활물질층은 스티렌 부타디엔 러버(Styrene butadiene rubber, SBR)계 바인더를 포함할 수 있다.The electrode active material layer may include a styrene butadiene rubber (SBR)-based binder.
상기 전극 활물질층은 총 중량에 대하여 상기 바인더를 0.1 내지 2 중량% 포함할 수 있다.The electrode active material layer may include 0.1 to 2% by weight of the binder based on the total weight.
상기 전극은 하기 관계식 3을 더 만족하는 것일 수 있다.The electrode may further satisfy the following
[관계식 3][Relationship 3]
0.25 ≤ b2/b1 < 0.70.25 ≤ b 2 /b 1 < 0.7
상기 관계식 3에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질 층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.In the
상기 전극은 하기 관계식 4를 더 만족하는 것일 수 있다.The electrode may further satisfy the following relational expression 4.
[관계식 4][Relationship 4]
0.3 ≤ b2/b1 < 0.50.3 ≤ b 2 /b 1 < 0.5
상기 관계식 4에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질 층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.In the relational expression 4, when the binder distribution is measured in the thickness direction of the electrode active material layer, b 1 is the weight of the binder in the entire electrode active material layer, and b 2 is the binder in the 15% area of the total thickness of the electrode active material layer from the current collector is the weight of
상기 전극은, 전극의 두께 방향으로 연속적인 바인더 농도를 갖는 것일 수 있다.The electrode may have a continuous binder concentration in the thickness direction of the electrode.
상기 전극은 하기 관계식 5를 더 만족하는 것일 수 있다.The electrode may further satisfy the following
[관계식 5][Relationship 5]
-30% ≤ (C-D)/D ≤ +30%-30% ≤ (C-D)/D ≤ +30%
상기 관계식 5에서, C는 전극 활물질층의 폭 방향에서 선택되는 임의의 위치에서 측정된 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력이고, D는 상기 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력의 평균값이다.In
상기 전극은 음극일 수 있다.The electrode may be a cathode.
본 발명의 다른 일 구현예는 a) 집전체의 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하는 단계; b) 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 결과물을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 a) 및 b) 단계는 동시에 수행되거나 또는 순차적으로 수행되는 것인, 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a) applying a binder suspension to at least one surface of the current collector; b) applying an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension; and c) drying the product of step b), wherein steps a) and b) are performed simultaneously or sequentially.
상기 a) 단계는 집전체의 일면에 바인더 현탁액을 균일하게 도포하는 것일 수 있다.Step a) may be to uniformly apply the binder suspension to one surface of the current collector.
상기 a) 단계에서 상기 바인더 현탁액의 도포 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있다.In step a), the coating thickness of the binder suspension may be 0.1 to 10 μm.
상기 바인더 현탁액은, 고형분 총량에 대하여 바인더를 30 중량% 이상 포함하고, 상기 전극 슬러리는, 고형분 총량에 대하여 바인더를 2 중량% 이하 포함하는 것일 수 있다.The binder suspension may include 30 wt% or more of the binder based on the total solid content, and the electrode slurry may include 2 wt% or less of the binder based on the total solid content.
상기 c) 단계는 50 내지 200℃ 의 온도에서 30 내지 300초 동안 수행되는 것일 수 있다.Step c) may be performed at a temperature of 50 to 200° C. for 30 to 300 seconds.
또 다른 일 구현예는 a) 집전체의 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하는 단계; b) 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 결과물을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 a) 및 b) 단계는 동시에 수행되거나 또는 순차적으로 수행되는 방법에 의해 제조된 이차전지용 전극을 제공한다.Another embodiment includes a) applying a binder suspension to at least one surface of a current collector; b) applying an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension; and c) drying the product of step b), wherein steps a) and b) are performed simultaneously or sequentially.
또 다른 일 구현예는 상기 전극; 분리막; 및 전해액을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.Another embodiment is the electrode; separator; And it provides a lithium secondary battery containing an electrolyte solution.
본 발명은 집전체와 전극 활물질층 사이에서 계면 접착력이 향상되고 전극 탈리와 같은 공정 불량이 개선되며 급속 충전 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve interfacial adhesion between a current collector and an electrode active material layer, improve process defects such as electrode separation, and improve rapid charging performance.
도 1 및 도 2는 실시예 1 및 비교예 6에 의해 제조된 음극의 두께 방향 단면 SEM 이미지,
도 3 및 도 4는 실시예 1에 의해 제조된 음극의 두께 방향 EDS mapping 결과,
도 5는 실시예 1~4 및 비교예 1~6에서 제조된 음극에 대해 90o 굽힘 접착력을 측정하여 집전체와 음극 활물질층이 분리되는 형태를 나타낸 모식도,
도 6a 및 6b는 전극 활물질층과 집전체의 계면 접착력(90o 굽힘 접착력) 평가 방법 사진,
도 6c는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 음극에 대해 90o 굽힘 접착력 측정 후 분리된 음극의 사진,
도 7 및 도 8은 음극 활물질층의 폭 방향 위치에서 측정된 집전체와 음극 활물질층 간 계면 접착력 그래프 및 상기 접착력의 산포(%) 그래프이다.1 and 2 are cross-sectional SEM images in the thickness direction of cathodes prepared by Example 1 and Comparative Example 6;
3 and 4 are EDS mapping results in the thickness direction of the cathode prepared in Example 1,
5 is a schematic diagram showing a form in which the current collector and the negative electrode active material layer are separated by measuring the 90 ° bending adhesive force of the negative electrodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6;
6a and 6b are photos of an evaluation method for interfacial adhesion (90 ° bending adhesion) between an electrode active material layer and a current collector;
Figure 6c is a photograph of the negative electrode separated after measuring the 90 ° bending adhesive force for the negative electrode according to Example 1 and Comparative Example 1;
7 and 8 are graphs of interfacial adhesion between a current collector and an anode active material layer measured at positions in the width direction of the anode active material layer and a graph of the adhesion (%) distribution.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. With reference to the accompanying drawings below, specific details for the practice of the present invention will be described in detail. Like reference numbers refer to like elements, regardless of drawing, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. When it is said that a certain part "includes" a component throughout the specification, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. In addition, singular forms also include plural forms unless specifically stated in the text.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where there is another part in the middle. do.
본 발명의 일 구현예는 리튬 이차전지용 전극을 제공한다. 상기 리튬 이차전지용 전극은 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족한다.One embodiment of the present invention provides an electrode for a lithium secondary battery. The electrode for a lithium secondary battery may include a current collector; and an electrode active material layer positioned on at least one surface of the current collector, and satisfies the following
[관계식 1][Relationship 1]
t2 ≤ t1 ≤ 8×t2 t 2 ≤ t 1 ≤ 8×t 2
상기 관계식 1에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.In the
상기 전극 활물질층은 상기 집전체 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하고 도포된 바인더 현탁액 상에 전극 슬러리를 도포하거나, 또는 집전체 적어도 일면에 바인더 현탁액과 전극 슬러리를 동시에 도포한 결과물을 건조시켜 형성된 것일 수 있다.The electrode active material layer may be formed by applying a binder suspension on at least one surface of the current collector and coating the electrode slurry on the applied binder suspension, or by drying a result of simultaneously applying the binder suspension and the electrode slurry on at least one surface of the current collector. there is.
상기 바인더 현탁액은 바인더 및 용매를 포함하여 제조할 수 있다. 상기 현탁액(suspension)은 바인더들이 용해되지 않은 채 용매 속에 입자상으로 존재하는 혼합물을 의미하며, 필요에 따라 증점제, 도전재 등을 추가로 혼합하여 사용할 수 있다.The binder suspension may be prepared by including a binder and a solvent. The suspension refers to a mixture in which binders are not dissolved and present in particulate form in a solvent, and a thickener, a conductive material, and the like may be additionally mixed and used as necessary.
상기 바인더는 스티렌 부타디엔 러버(Styrene butadiene rubber, SBR)계 바인더를 포함할 수 있으며, 예를 들어 스티렌-부틸 러버, 스티렌-부틸 아크릴레이트 공중합체 등을 들 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이에, 상기 전극 활물질층은 스티렌 부타디엔 러버(SBR)계 바인더를 포함할 수 있다.The binder may include a styrene butadiene rubber (SBR)-based binder, and examples thereof include styrene-butyl rubber and styrene-butyl acrylate copolymer, but the present invention is not limited thereto. Accordingly, the electrode active material layer may include a styrene butadiene rubber (SBR)-based binder.
상기 전극 활물질층은 총 중량에 대하여 상기 바인더를 0.1 내지 2 중량%, 또는 0.1 내지 1.8 중량% 또는 0.5 내지 1.8 중량%, 또는 0.5 내지 1.5 중량% 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에서는 집전체와 활물질 층의 계면에 다수의 바인더를 분포시키고 전극 표면 쪽에는 바인더 함량을 저하시킴으로써, 전체 활물질층에 포함되는 바인더의 총량을 현저히 낮출 수 있다. 이에 따라 집전체-활물질층 간 계면 접착력을 향상시키는 동시에 급속 충전 성능도 개선할 수 있다.The electrode active material layer may include 0.1 to 2% by weight, or 0.1 to 1.8% by weight, or 0.5 to 1.8% by weight, or 0.5 to 1.5% by weight of the binder based on the total weight. In the present invention, the total amount of binders included in the entire active material layer can be significantly reduced by distributing a plurality of binders at the interface between the current collector and the active material layer and reducing the binder content on the surface of the electrode. Accordingly, interface adhesion between the current collector and the active material layer may be improved, and at the same time, rapid charging performance may be improved.
상기 SBR계 바인더 등을 사용하는 경우, 바인더가 입자상으로 혼합되므로 바인더 현탁액의 점도가 매우 낮다. 또한 바인더 입자의 크기가 200nm 이하의 작은 크기로 구성되어 있기 때문에 상부 전극 슬러리를 도포하고, 건조하였을 때, 삼투압에 의해 상부 전극 활물질 층으로 바인더 입자의 확산이 용이하여, 건조 후에도 집전체와 활물질 층 사이에 뚜렷한 바인더층을 형성하지 않을 수 있다. 또한 집전체와의 발림성이 좋아서 상대적으로 얇은 두께로, 집전체의 폭 방향으로 별도의 패턴 형성됨이 없이 균일하게 도포할 수 있으므로 집전체와 전극 활물질층 간 접착력을 균일하게 향상시킬 수 있다. 반면에 SBR계 바인더 외에 전극 바인더로 사용될 수 있는 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 경우 상기 SBR계 바인더 등과는 달리 용매에 용해된 상태로 도포되고 전극 건조시 용매가 충분히 건조되고 난 이후 상분리되어 바인더층을 형성한다. 이에, 상기 바인더는 건조 과정에서 상부 전극 활물질층으로 확산(migration)이 용이하지 않으며, 나아가 집전체와 활물질 층 사이에 뚜렷한 바인더층을 형성할 수 있다. 또한 집전체 폭 방향으로 균일하게 분포되지 않고 패턴을 형성(예를 들어 island type, dot type)하여 결과적으로 집전체와 활물질층 간 접착력과 계면 비저항값이 좋지 못하다.When the SBR-based binder or the like is used, the viscosity of the binder suspension is very low because the binder is mixed in particulate form. In addition, since the size of the binder particles is composed of a small size of 200 nm or less, when the upper electrode slurry is applied and dried, the diffusion of the binder particles into the upper electrode active material layer is easy by osmotic pressure, and even after drying, the current collector and the active material layer A clear binder layer may not be formed therebetween. In addition, since the coating property with the current collector is good, it can be applied uniformly with a relatively thin thickness in the width direction of the current collector without forming a separate pattern, so that the adhesion between the current collector and the electrode active material layer can be uniformly improved. On the other hand, in the case of polyacrylic acid (PAA), polyvinylidene fluoride (PVdF), and carboxymethyl cellulose (CMC), which can be used as electrode binders in addition to SBR binders, they are applied in a solvent-dissolved state, unlike the SBR binders. When the electrode is dried, the solvent is sufficiently dried, and then the phase is separated to form a binder layer. Accordingly, the binder is not easily migrated into the upper electrode active material layer during the drying process, and furthermore, a distinct binder layer may be formed between the current collector and the active material layer. In addition, it is not uniformly distributed in the width direction of the current collector and forms a pattern (for example, an island type or a dot type), resulting in poor adhesion between the current collector and the active material layer and poor interface resistivity.
상기 용매는 물, 순수, 탈이온수, 증류수, 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, 아세톤, n-프로판올 및 t-부탄올로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The solvent may be at least one selected from the group consisting of water, pure water, deionized water, distilled water, ethanol, isopropanol, methanol, acetone, n-propanol, and t-butanol, but is not limited thereto.
상기 바인더 현탁액은, 점성을 부여하여 안정된 용액을 만들기 위한 증점제를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 증점제는 셀룰로오스 계열 화합물, 구체적으로 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다.The binder suspension may further include a thickening agent for creating a stable solution by imparting viscosity. For example, the thickener may be a mixture of one or more cellulose-based compounds, specifically, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, or alkali metal salts thereof. As the alkali metal, Na, K or Li may be used.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 전지 내 화학변화를 야기하지 않는 종래의 전자 전도성 재료라면 특별히 제한되지 않는다. 일 예로, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and is not particularly limited as long as it is a conventional electronically conductive material that does not cause chemical change in the battery. For example, one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, carbon nanotube, and combinations thereof may be used, but is not limited thereto.
상기 집전체는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The current collector may be selected from the group consisting of copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, a conductive metal-coated polymer substrate, and combinations thereof. Not limited.
상기 바인더 현탁액의 점도는 1 내지 10,000 cps, 또는 5 내지 5,000 cps, 또는 10 내지 2,000 cps일 수 있다. 상기 점도의 바인더 현탁액을 사용하는 경우 바인더 현탁액이 집전체 상에 균일하게 도포될 수 있고, 건조 공정에서 바인더 입자가 상부로 잘 확산(migration)될 수 있다.The viscosity of the binder suspension may be 1 to 10,000 cps, or 5 to 5,000 cps, or 10 to 2,000 cps. When using the binder suspension having the above viscosity, the binder suspension can be uniformly applied on the current collector, and the binder particles can be well migrated upward in the drying process.
상기 전극 활물질층은 바인더 현탁액을 도포하고, 상기 도포된 바인더 현탁액 상에 전극 슬러리를 도포하여 형성된다. 또는 바인더 현탁액을 하층으로, 전극 슬러리를 상층으로 하여 동시에 도포하여 형성될 수 있다. The electrode active material layer is formed by applying a binder suspension and applying an electrode slurry on the coated binder suspension. Alternatively, it may be formed by simultaneously applying the binder suspension as a lower layer and the electrode slurry as an upper layer.
상기 전극이 양극인 경우 상기 전극 활물질은 통상적으로 이차전지에 사용되는 양극 활물질이면 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1-x-y-zCoxM1 yM2 zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 양극 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.When the electrode is a positive electrode, the electrode active material may be used without limitation as long as it is a positive electrode active material commonly used in a secondary battery. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1-xyz Co x M 1 y M 2 z O 2 (M 1 and M 2 are each independently Al, Ni , Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg, and Mo, and x, y, and z are independently atomic fractions of oxide composition elements, 0 ≤ x < 0.5 , 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x + y + z ≤ 1).
상기 전극이 음극인 경우 상기 전극 활물질은 통상적으로 이차전지에 사용되는 음극 활물질이면 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로, 탄소계 음극 활물질, 규소계 음극 활물질 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연 및 하드 카본에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. 규소계 음극 활물질은 Si, SiOx(0<x<2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Si-탄소 복합체, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2의 혼합물일 수 있다.When the electrode is a negative electrode, the electrode active material may be used without limitation as long as it is a negative electrode active material commonly used in a secondary battery. For example, it may be a carbon-based negative active material, a silicon-based negative active material, or a mixture thereof, but is not limited thereto. The carbon-based negative electrode active material may be one or more selected from artificial graphite, natural graphite, and hard carbon. Silicon-based negative electrode active materials include Si, SiO x (0<x<2), Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a
상기 전극 슬러리는 필요에 따라 도전재, 바인더, 증점제 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 상기 도전재와 증점제는 상술된 바인더 현탁액에 사용되는 물질을 사용해도 무방하며, 이와 동일하거나 또는 상이할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode slurry may further include a conductive material, a binder, a thickener, or a combination thereof as needed. The conductive material and the thickener may use materials used in the above-described binder suspension, and may be the same as or different from them, but the present invention is not limited thereto.
상기 전극 슬러리는 고형분 총량에 대하여 상기 전극 활물질을 90 중량% 이상, 좋게는 90 내지 99.5 중량%, 95 내지 99.5 중량%, 또는 98 내지 99.5 중량% 포함하는 것일 수 있고, 상기 바인더를 2.0 중량% 이하, 또는 1.5 중량% 이하, 1.0 중량% 이하, 또는 포함하지 않는 것일 수 있고, 상기 도전재 및 증점제를 잔부로 포함하는 것일 수 있다. 전극 슬러리의 바인더 함량을 낮게 제조하더라도 바인더 현탁액 건조 시 바인더 입자의 확산(migration)에 의해 집전체와 전극 활물질층의 계면 접착력을 높일 수 있으며, 전극 표면의 저항을 낮춰 급속 충전 성능을 개선할 수 있다. The electrode slurry may contain 90% by weight or more, preferably 90 to 99.5% by weight, 95 to 99.5% by weight, or 98 to 99.5% by weight of the electrode active material, based on the total solid content, and 2.0% by weight or less of the binder , or 1.5% by weight or less, 1.0% by weight or less, or may not be included, and may include the conductive material and the thickener as the balance. Even if the binder content of the electrode slurry is prepared low, the interface adhesion between the current collector and the electrode active material layer can be increased due to the migration of binder particles when the binder suspension is dried, and the resistance of the electrode surface can be lowered to improve rapid charging performance. .
본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 이차전지용 전극은, 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.An electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is characterized in that it satisfies the following
한편, 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 평가 결과는 제조된 전극 샘플 100개 중 적어도 90개 이상, 또는 95개 이상의 전극이 하기 관계식 1을 만족하는 것일 수 있다.On the other hand, as a result of evaluating the 90 ° bending adhesion of the electrode, at least 90 or more, or more than 95 electrodes out of 100 manufactured electrode samples may satisfy the following
[관계식 1][Relationship 1]
t2 ≤ t1 ≤8×t2 t 2 ≤ t 1 ≤ 8×t 2
상기 관계식 1에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.In the
상기 관계식 1에서, 상기 전극 활물질은 입경이 동일한 1종의 전극 활물질이고, t2는 상기 전극 활물질의 입자 크기(D50)일 수 있다.In the
상기 관계식 1에서, 상기 전극 활물질은 입경이 상이한 2종 이상의 전극 활물질을 혼합한 것이고, t2는 혼합된 전극 활물질 중 가장 높은 중량으로 포함된 1종의 전극 활물질의 입자 크기(D50)일 수 있다.In the
상기 관계식 1에서, 상기 전극 활물질은 입경이 상이한 2종 이상의 전극 활물질을 혼합한 것이고, t2는 혼합된 전극 활물질 중 대입경 전극 활물질의 입자 크기(D50)일 수 있다. 이때, 대입경 전극 활물질은 입경이 상이한 2종 이상의 전극 활물질 중 입경이 가장 큰 전극 활물질을 의미할 수 있다.In the
보다 구체적으로, 상기 관계식 1에서 t2 ≤ t1 ≤ 7×t2, t2 ≤ t1 ≤ 6×t2, t2 ≤ t1 ≤ 5×t2, t2 ≤ t1 ≤ 4×t2, t2 ≤ t1 ≤ 3×t2 또는 t2 ≤ t1 ≤ 2×t2일 수 있고, 1.5×t2 ≤ t1 ≤ 7×t2, 1.5×t2 ≤t1 ≤6×t2 또는 1.5×t2 ≤t1 ≤5.5×t2 일 수 있다.More specifically, in the
이에, 상기 관계식 1을 만족하는 본 발명의 전극은, 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 전극 활물질층의 내부에서 분리가 일어나는 것일 수 있고, 구체적으로 예를 들어 전극 두께 방향으로 볼 때, 집전체로부터 전극 활물질 입자의 중간 입도(D50) 두께에 해당하는 위치, 또는 중간 입도(D50) 5배 두께에 해당하는 위치에서 분리되는 것일 수 있다. 즉, 전극의 90o 굽힘 접착력 측정 시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치는 집전체에 가까운 쪽의 전극 활물질층 두께가 t2 내지 5×t2인 위치일 수 있다. Therefore, the electrode of the present invention that satisfies the
구체적으로 전극 활물질층이 폭 방향으로 활물질 입자가 균일하게 나열된 (1개)층을 이루고(이때 층 두께는 전극 활물질의 D50) 이러한 복수의 층이 두께 방향으로 적층되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 90o 접착력 측정시 두께방향 활물질 입자 1개 두께(D50) 내지 입자 단위의 5개 두께(5×D50)의 위치에서 분리되는 것으로부터 상기 결과가 도출되는 것으로 분석된다. Specifically, it can be understood that the electrode active material layer comprises (one) layer in which active material particles are uniformly arranged in the width direction (at this time, the layer thickness is D50 of the electrode active material), and such a plurality of layers are laminated in the thickness direction. That is, in the present invention, it is analyzed that the above result is derived from separation at the position of one thickness (D50) of one active material particle in the thickness direction when measuring the adhesive force at 90 ° to five thicknesses (5 × D50) of the particle unit.
이로 인해 본 발명의 전극은 음극 활물질층을 형성하는 음극 슬러리에서 종래에 비해 바인더 함량을 크게 낮추더라도, 음극의 계면 탈리와 같은 공정상/외관상 불량을 개선하고 급속 충전 성능을 향상시킬 수 있다. As a result, the electrode of the present invention can improve process/appearance defects such as interfacial separation of the negative electrode and improve rapid charging performance even if the binder content is significantly lowered than in the prior art in the negative electrode slurry forming the negative electrode active material layer.
상기 전극은 하기 관계식 2를 더 만족하는 것일 수 있으며, 이에 전술된 효과를 더욱 개선할 수 있다. The electrode may further satisfy the following relational expression 2, and thus, the above-described effect may be further improved.
[관계식 2] [Relationship 2]
1.5×t2 ≤ t1 ≤ 5×t2 1.5×t 2 ≤ t 1 ≤ 5×t 2
상기 관계식 2에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.In the relational expression 2, t 1 is the thickness of the electrode active material layer excluding the current collector on the side close to the current collector based on the position where the electrode is separated from the inside of the electrode active material layer when the 90 ° bending adhesive force of the electrode is measured, and t 2 is the electrode active material layer thickness. It is the particle size (D50) of the electrode active material included in the active material layer.
보다 구체적으로, 상기 관계식 2에서 1.5×t2≤t1≤4×t2, 1.5×t2≤t1≤3×t2 또는 1.5×t2≤t1≤2×t2 일 수 있다.More specifically, in relational expression 2, 1.5×t 2 ≤t 1 ≤4×t 2 , 1.5×t 2 ≤t 1 ≤3×t 2 or 1.5×t 2 ≤t 1 ≤2×t 2 may be satisfied.
한편, 상기 전극 활물질층은 상기 집전체 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하고 도포된 바인더 현탁액 상에 전극 슬러리를 도포하거나 또는 집전체 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하는 것과 상기 바인더 현탁액 상에 전극 슬러리를 도포하는 단계를 동시에 진행한 후, 그 결과물을 건조시켜 형성된 것일 수 있다.On the other hand, the electrode active material layer is formed by applying a binder suspension on at least one surface of the current collector and applying the electrode slurry on the applied binder suspension, or applying the binder suspension on at least one surface of the current collector and applying the electrode slurry on the binder suspension It may be formed by simultaneously performing the steps of doing, and then drying the result.
한편, 본 발명에서 상기 전극 활물질의 입자 크기(D50)는 1~20㎛, 3~15㎛, 7~15㎛ 또는 9~15㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 입자 크기(D50)는 레이저 산란법에 의한 입도 분포 측정에서 작은 입경부터 누적 체적이 50%가 될 때의 입자 직경을 의미할 수 있다. 여기서 D50은 KS A ISO 13320-1 규격에 따라 시료를 채취하여 Malvern社의 Mastersizer3000을 이용하여 입도 분포를 측정할 수 있다. 구체적으로, 에탄올을 용매로 하고 필요한 경우 초음파 분산기를 사용하여 분산시킨 뒤, Volume density를 측정할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the electrode active material may have a particle size (D50) of 1 to 20 μm, 3 to 15 μm, 7 to 15 μm, or 9 to 15 μm, but is not limited thereto. The particle size (D50) may mean a particle diameter when the cumulative volume becomes 50% from a small particle diameter in the particle size distribution measurement by the laser scattering method. Here, D50 may take a sample according to KS A ISO 13320-1 standard and measure the particle size distribution using Malvern's Mastersizer3000. Specifically, after dispersing using ethanol as a solvent and using an ultrasonic disperser if necessary, the volume density can be measured.
상기 전극은 하기 관계식 3을 더 만족하는 것일 수 있다.The electrode may further satisfy the following
[관계식 3][Relationship 3]
0.25 ≤ b2/b1 < 0.70.25 ≤ b 2 /b 1 < 0.7
상기 관계식 3에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.In the
상기 관계식 3에서 b2/b1 바인더 중량 비는, 상기 바인더로서 스티렌 부타디엔 러버(SBR)계 바인더를 사용하는 경우, 바인더에 Os gas를 흡착시켜서 Os 원소에 대한 함량(at%)을 적용할 수 있으나, 이는 Os 원소에 국한되는 것은 아니며 바인더의 종류에 따라 해당 바인더를 나타낼 수 있는 원소로 할 수 있다.In the
구체적으로 0.25 ≤ b2/b1 < 0.6, 또는 0.3 ≤ b2/b1 < 0.6일 수 있다.Specifically, 0.25 ≤ b 2 /b 1 < 0.6 or 0.3 ≤ b 2 /b 1 < 0.6.
상기 전극은 하기 관계식 4를 더 만족하는 것일 수 있고, 이 경우 상술된 효과를 더욱 개선할 수 있다. The electrode may further satisfy the following relational expression 4, and in this case, the above-described effect may be further improved.
[관계식 4][Relationship 4]
0.3 ≤ b2/b1 < 0.50.3 ≤ b 2 /b 1 < 0.5
상기 관계식 4에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.In the relational expression 4, when measuring the distribution of the binder in the thickness direction of the electrode active material layer, b 1 is the weight of the binder in the entire electrode active material layer, and b 2 is the binder in the 15% area of the total thickness of the electrode active material layer from the current collector is the weight of
상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역은, 상기 영역의 고형분 총 중량에 대하여 상기 바인더를 0.2 내지 7 중량%, 또는 1 내지 5 중량%, 또는 1 내지 4.5 중량% 포함하는 것일 수 있다. An area of 15% of the total thickness of the electrode active material layer from the current collector may include 0.2 to 7 wt%, or 1 to 5 wt%, or 1 to 4.5 wt% of the binder based on the total solid weight of the area. there is.
또한, 상기 전극 활물질층은 전극 두께 방향으로 바인더가 연속적인 농도를 갖는 것을 특징으로 한다. In addition, the electrode active material layer is characterized in that the binder has a continuous concentration in the electrode thickness direction.
본 명세서에서 바인더가 '연속적'으로 분포한다는 것은, 상기 바인더 현탁액과 상기 전극 슬러리가 별개의 구분된 층으로 형성되는 것이 아니라 전극 활물질층에서 바인더가 끊이지 않고 연속되고, 이에 따라 바인더의 농도(중량%)의 값이 전극 활물질층 두께 방향으로 연속적인 것을 의미하는 것일 수 있다. 한편, 상기 '바인더의 농도'란 전극 활물질층의 단위 부피(폭 방향 단면적× 단위 두께)의 전극 활물질층 총 중량에 대한 바인더의 함량(중량%)을 의미하는 것일 수 있다. In the present specification, the distribution of the binder in a 'continuous' manner means that the binder suspension and the electrode slurry are not formed as separate and separated layers, but the binder is continuously continuously in the electrode active material layer, and accordingly, the concentration of the binder (% by weight) ) may mean that the value of the electrode active material layer is continuous in the thickness direction. On the other hand, the 'concentration of the binder' may mean the content (wt%) of the binder with respect to the total weight of the electrode active material layer of the unit volume (cross-sectional area in the width direction × unit thickness) of the electrode active material layer.
보다 구체적으로, 바인더 입자의 확산(migration)은 전극 활물질층 중 집전체와의 계면으로부터 활물질층 특정 영역까지 발생하는 바 해당 영역에서 바인더가 밀집하여 분포하면서 연속적으로 존재할 수 있다. 다만, 계면으로부터 바인더 입자의 확산(migration)이 일어나지 않는 전극 활물질층 영역에서는 전극 슬러리 내에 포함된 미량의 바인더가 존재할 수 있으므로 바인더의 확산(migration)이 발생한 영역 내에서 바인더가 상대적으로 높은 농도로 분포 가능하다. 즉, 집전체 상부에 도포된 바인더 현탁액 내 바인더 입자의 확산(migration)에 의해 전극 활물질층의 특정 영역에서 연속적인 농도로 존재할 수 있다.More specifically, the migration of the binder particles occurs from the interface with the current collector in the electrode active material layer to a specific region of the active material layer, and the binder may be densely distributed and continuously present in the corresponding region. However, since a small amount of binder included in the electrode slurry may exist in the region of the electrode active material layer where migration of binder particles does not occur from the interface, the binder is distributed at a relatively high concentration in the region where migration of the binder occurs possible. That is, it may exist in a continuous concentration in a specific region of the electrode active material layer due to migration of the binder particles in the binder suspension applied on the current collector.
구체적인 예를 들면, 집전체와 전극 활물질층 계면을 두께의 0%로 볼 때, 일 예로 상기 집전체 쪽에 위치하는 것으로, 전극 활물질층 총 두께의 0 내지 35% 영역, 또는 0 내지 55% 영역 또는 0 내지 75% 또는 0 내지 95% 영역, 또는 0 내지 100% 영역(전극 활물질층 전체)에서 전극 두께 방향으로 연속적인 바인더 농도를 갖는 것일 수 있다.For example, when the interface between the current collector and the electrode active material layer is viewed as 0% of the thickness, it is located on the current collector side, for example, in the area of 0 to 35% of the total thickness of the electrode active material layer, or in the area of 0 to 55%, or It may have a continuous binder concentration in the electrode thickness direction in the 0 to 75% or 0 to 95% region, or the 0 to 100% region (the entire electrode active material layer).
이에 따라, 집전체 및 전극 활물질층 계면의 Adhesion(계면 간 유착)을 음극 활물질층 내부의 Cohesion(내부 응집)보다 강하기 때문에 계면 접착력을 높일 수 있으며, 전극 활물질층 내부의 리튬 이온의 삽/탈입 속도가 개선됨에 따라 전지의 급속충전성능을 향상시킬 수 있다.Accordingly, since adhesion (interfacial adhesion) at the interface between the current collector and electrode active material layer is stronger than cohesion (internal cohesion) inside the negative electrode active material layer, interfacial adhesion can be increased, and the insertion/desorption rate of lithium ions inside the electrode active material layer is improved. As is improved, the rapid charging performance of the battery can be improved.
상기 전극은 하기 관계식 5를 더 만족하는 것일 수 있다.The electrode may further satisfy the following
[관계식 5][Relationship 5]
-30% ≤ (C-D)/D ≤ +30%-30% ≤ (C-D)/D ≤ +30%
상기 관계식 5에서, C는 전극 활물질층의 폭 방향에서 선택되는 임의의 위치에서 측정된 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력이고, D는 상기 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력의 평균값이다.In
구체적으로 -25% ≤ (C-D)/D ≤ +25%, 또는 -20% ≤ (C-D)/D ≤ +20%, 또는 -15% ≤ (C-D)/D ≤ +15%, 또는 -10% ≤ (C-D)/D ≤ +10%일 수 있다. 상기 관계식 4에서 C는 전극 활물질층의 폭 방향으로 일정한 간격, 예를 들어 0.1 내지 0.5 mm, 또는 0.2 내지 0.3 mm, 일 예로 0.25mm 간격을 갖는 위치에서 각각 측정한 것일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically -25% ≤ (C-D)/D ≤ +25%, or -20% ≤ (C-D)/D ≤ +20%, or -15% ≤ (C-D)/D ≤ +15%, or -10% ≤ (C-D)/D ≤ +10%. In the relational expression 4, C may be each measured at a position having a regular interval in the width direction of the electrode active material layer, for example, 0.1 to 0.5 mm, or 0.2 to 0.3 mm, for example, 0.25 mm interval, but the present invention is limited thereto. it is not going to be
일 실시예에 따르면, 상기 전극은 음극일 수 있다.According to one embodiment, the electrode may be a negative electrode.
이에, 본 발명에서는 상기 바인더 현탁액, 구체적으로 SBR 등의 특정 바인더를 포함하는 현탁액을 사용함으로써 고함량 바인더 현탁액을 상대적으로 얇은 두께이면서 집전체의 폭 방향으로 별도의 패턴 형성 없이 균일하게 도포함과 동시에 바인더 입자가 전극 활물질층 특정 영역으로 확산(migration)함에 따라 집전체와 전극 활물질층 간 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다. Therefore, in the present invention, by using the binder suspension, specifically, a suspension containing a specific binder such as SBR, the high-content binder suspension is uniformly applied in the width direction of the current collector at a relatively thin thickness without forming a separate pattern, and at the same time As the binder particles migrate to a specific region of the electrode active material layer, adhesion between the current collector and the electrode active material layer may be further improved.
또한, 상기 전극은 집전체와 전극 활물질층 간의 계면 비저항값이 0.1 Ωcm2 이하, 또는 0.05 Ωcm2 이하, 또는 0.03 Ωcm2 이하일 수 있다. 상술된 본 발명의 효과에 의해 계면 비저항값을 현저히 저감시킬 수 있다.In addition, the electrode may have an interface resistivity value of 0.1 Ωcm 2 or less, 0.05 Ωcm 2 or less, or 0.03 Ωcm 2 or less between the current collector and the electrode active material layer. Due to the effects of the present invention described above, the interface resistivity value can be remarkably reduced.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다. 상기 전극 제조방법은 a) 집전체의 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하는 단계; b) 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 결과물을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 a) 및 b) 단계는 동시에 수행되거나 또는 순차적으로 수행된다. Another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing the electrode for a lithium secondary battery. The electrode manufacturing method includes a) applying a binder suspension to at least one surface of a current collector; b) applying an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension; and c) drying the product of step b), wherein steps a) and b) are performed simultaneously or sequentially.
a)단계에서는 집전체를 준비하고, 상기 집전체의 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포한다. In step a), a current collector is prepared, and a binder suspension is applied to at least one surface of the current collector.
상기 바인더 및 용매의 종류와 상기 집전체는 전술한 바와 같다. 상기 바인더 현탁액의 제조방법은 공지된 방법을 적용해도 무방하며, 예를 들어, 상기 SBR계 바인더 등의 특정 바인더를 용매에 혼합하고 적합한 점도를 갖도록 희석하여 제조하는 것일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The types of the binder and the solvent and the current collector are as described above. A known method may be applied to the preparation method of the binder suspension. For example, it may be prepared by mixing a specific binder such as the SBR-based binder in a solvent and diluting it to have a suitable viscosity, but the present invention is limited thereto. It is not.
상기 a)단계는 바인더 현탁액을 집전체의 적어도 일면에 균일하게 도포하는 것일 수 있다. 본 명세서에서 바인더 현탁액을 균일하게 도포한다는 것은, 바인더가 특정 패턴을 형성 함이 없도록 바인더 현탁액을 집전체 상에 고르게 도포하는 것을 의미한다.Step a) may be to uniformly apply the binder suspension to at least one surface of the current collector. Uniformly applying the binder suspension in the present specification means uniformly applying the binder suspension onto the current collector so that the binder does not form a specific pattern.
일 실시예에 따르면, 상기 a)단계에서 상기 바인더 현탁액은 0.1 내지 10㎛의 두께로 도포될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 현탁액의 도포 두께는 0.1 내지 6㎛, 0.1 내지 5㎛, 0.1 내지 4㎛, 0.1 내지 3㎛, 0.1 내지 2㎛, 또는 0.1 내지 1㎛일 수 있다. 이 때 상기 바인더 현탁액의 도포 두께는 바인더 현탁액만 도포 후 충분히 건조된 상태의 두께를 측정한 값을 나타낸다. 도포되는 바인더 현탁액의 두께가 과도하면 바인더 현탁액이 전극 슬러리와 잘 섞이지 않아서 건조 후 이들의 층간 구분이 명확하고 절연체인 바인더 층이 형성되어 계면저항이 증가될 수 있다. 반면에 바인더 현탁액의 도포 두께가 0.1㎛ 미만인 경우 본 발명에서 의도하는 목적을 달성하기 어려울 수 있다. 즉, 전술한 두께 범위에서 계면저항의 증가를 방지하면서 동시에 집전체와 전극 활물질층 사이에서 계면 접착력이 향상되고 전극 탈리와 같은 공정 불량을 개선할 수 있다.According to one embodiment, in step a), the binder suspension may be applied to a thickness of 0.1 to 10 μm. More specifically, the coating thickness of the binder suspension may be 0.1 to 6 μm, 0.1 to 5 μm, 0.1 to 4 μm, 0.1 to 3 μm, 0.1 to 2 μm, or 0.1 to 1 μm. At this time, the coating thickness of the binder suspension represents a value obtained by measuring the thickness in a sufficiently dried state after coating only the binder suspension. If the thickness of the applied binder suspension is excessive, the binder suspension does not mix well with the electrode slurry, so that after drying, a clear distinction between the layers and the formation of an insulator binder layer may increase the interfacial resistance. On the other hand, when the coating thickness of the binder suspension is less than 0.1 μm, it may be difficult to achieve the intended purpose of the present invention. That is, it is possible to prevent an increase in interfacial resistance within the aforementioned thickness range, improve interfacial adhesion between the current collector and the electrode active material layer, and improve process defects such as electrode detachment.
일 실시예에 따르면, 상기 바인더 현탁액은, 고형분 총량에 대하여 바인더를 30 중량% 이상 포함하고, 상기 전극 슬러리는, 고형분 총량에 대하여 바인더를 2 중량% 이하 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 바인더 현탁액은, 고형분 총량에 대하여 바인더를 30 중량% 이상, 50중량% 이상, 70중량% 이상 포함하는 것일 수 있고, 상기 전극 슬러리는 고형분 총량에 대하여 바인더를 2 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1 중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the binder suspension may include 30 wt% or more of the binder based on the total solid content, and the electrode slurry may include 2 wt% or less of the binder based on the total solid content. More specifically, the binder suspension may contain 30 wt% or more, 50 wt% or more, or 70 wt% or more of a binder based on the total solid content, and the electrode slurry contains 2 wt% or less, 1.5 wt% or less of the binder based on the total solid content. It may include less than 1% by weight or less by weight.
a) 단계 후 b)단계에서는 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포한다.After step a), step b) applies an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension.
상기 전극 활물질은 전술한 바와 같고, 상기 전극 슬러리의 제조방법은 공지된 이차전지용 전극 슬러리를 형성하는데 이용되는 것으로 알려진 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다. The electrode active material is as described above, and any method known to be used for forming a known electrode slurry for a secondary battery may be used as a manufacturing method of the electrode slurry.
상기 a) 단계의 바인더 현탁액의 도포 및 b) 단계의 전극 슬러리의 도포는 비한정적인 일 예로, 일반적으로 액상을 도포하여 막을 형성하는데 이용되는 것으로 알려진 어떠한 도포 방법을 사용하여도 무방하다. 예를 들어, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀코팅, 그라비아 코팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 렉소그래피 인쇄, 스크린 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 바-코팅, 그라비옵셋 프린팅, 다층 동시 다이 코팅법 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The coating of the binder suspension in step a) and the coating of the electrode slurry in step b) are non-limiting examples, and any coating method known to be generally used for forming a film by applying a liquid phase may be used. For example, spray coating, dip coating, spin coating, gravure coating, slot die coating, doctor blade coating, roll coating, inkjet printing, slot die coating, lexography printing, screen printing, electrostatic printing, micro contact printing, Imprinting, reverse offset printing, bar-coating, gravy offset printing, multi-layer simultaneous die coating, etc. may be used, but is not limited thereto.
구체적으로, 상기 바인더 현탁액과 전극 슬러리를 순차적으로 도포할 수 있고, 다층 동시 다이 코팅법으로 상기 바인더 현탁액과 전극 슬러리를 동시에 도포할 수도 있다. 다만, 바인더 현탁액 도포 후 전극 슬러리를 도포하는 것이 전극의 표면의 균일성 또는 품질 측면에서 바람직할 수 있다.Specifically, the binder suspension and the electrode slurry may be sequentially applied, or the binder suspension and the electrode slurry may be simultaneously applied by a multi-layer simultaneous die coating method. However, it may be preferable in terms of uniformity or quality of the surface of the electrode to apply the electrode slurry after applying the binder suspension.
b) 단계 후 c)단계에서는 상기 b) 단계의 결과물을 건조한다.In step c) after step b), the product of step b) is dried.
이때, 상기 건조는 30 내지 300초, 예를 들어 30초 이상, 40초 이상, 50초 이상, 60초 이상, 70초 이상, 80초 이상 또는 90초 이상, 및 300초 이하, 280초 이하, 260초 이하, 240초 이하, 220초 이하, 200초 이하, 180초 이하, 160초 이하, 150초 이하, 140초 이하, 130초 이하, 120초 이하, 110 초 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 또한 상기 건조는 50 내지 200℃, 예를 들어, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상 또는 90℃ 이상, 및 200℃ 이하, 190℃ 이하, 180℃ 이하, 170℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 140℃ 이하, 130℃ 이하, 120℃ 이하 또는 110℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 건조온도가 지나치게 높거나, 건조 시간이 매우 짧은 경우에는 바인더 입자의 확산(migration)이 과도하여 계면 접착력이 충분히 구현되지 않을 수 있다. 일 실시예로, 상기 c) 단계는 80 내지 130℃ 의 온도에서 30 내지 300초 동안 수행되는 것일 수 있다.At this time, the drying is 30 to 300 seconds, for example, 30 seconds or more, 40 seconds or more, 50 seconds or more, 60 seconds or more, 70 seconds or more, 80 seconds or more, or 90 seconds or more, and 300 seconds or less, 280 seconds or less, 260 seconds or less, 240 seconds or less, 220 seconds or less, 200 seconds or less, 180 seconds or less, 160 seconds or less, 150 seconds or less, 140 seconds or less, 130 seconds or less, 120 seconds or less, or 110 seconds or less. . In addition, the drying is 50 to 200 ° C, for example, 50 ° C or more, 60 ° C or more, 70 ° C or more, 80 ° C or more or 90 ° C or more, and 200 ° C or less, 190 ° C or less, 180 ° C or less, 170 ° C or less, 160 °C or less, 150 °C or less, 140 °C or less, 130 °C or less, 120 °C or less or 110 °C or less. If the drying temperature is too high or the drying time is too short, the migration of the binder particles may be excessive and the interfacial adhesion may not be sufficiently implemented. In one embodiment, step c) may be performed at a temperature of 80 to 130 ° C for 30 to 300 seconds.
이어서 건조가 완료된 전극을 적정한 밀도로 압연하여 집전체 상에 전극 활물질층이 형성된 전극을 제조할 수 있다. 이때 상기 압연 및 공지된 압연밀도 등의 압연조건과 압연 방법을 적용해도 무방하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, an electrode having an electrode active material layer formed on a current collector may be manufactured by rolling the dried electrode to an appropriate density. At this time, it is okay to apply the rolling conditions and rolling methods such as the rolling and known rolling density, and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 이차전지용 전극의 제조방법에서는 c) 단계의 건조 시 바인더 현탁액의 바인더 입자가 전극 활물질층으로 확산되며(migration) 집전체와 전극 활물질층의 계면으로부터 전극 활물질층의 일정 영역에 밀집하여 존재하는바, 종래의 바인더 용액 도포시 발생하는 문제인 집전체와 활물질층 간 계면 비저항값 및 접착력 저하 문제를 개선할 수 있다. In the method for manufacturing an electrode for a secondary battery of the present invention, during drying in step c), the binder particles of the binder suspension migrate into the electrode active material layer and are densely present in a certain region of the electrode active material layer from the interface between the current collector and the electrode active material layer. As a result, it is possible to improve the problem of reducing the interface resistivity value and adhesive strength between the current collector and the active material layer, which is a problem that occurs when the conventional binder solution is applied.
본 발명의 다른 일 구현예는 a) 집전체의 적어도 일면에 바인더 현탁액을 도포하는 단계; b) 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 결과물을 건조하는 단계를 포함하고, 상기 a) 및 b) 단계는 동시에 수행되거나 또는 순차적으로 수행되는 이차전지용 전극의 제조방법으로 제조된 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.Another embodiment of the present invention is a) applying a binder suspension to at least one surface of the current collector; b) applying an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension; and c) drying the product of step b), wherein steps a) and b) are performed simultaneously or sequentially to provide an electrode for a lithium secondary battery manufactured by a method for manufacturing an electrode for a secondary battery.
이때, 상기 전극은 전술한 바와 같다. At this time, the electrode is as described above.
아울러, 본 발명은 상기 전극; 분리막; 및 전해액;을 포함하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention the electrode; separator; And an electrolyte; it provides a secondary battery comprising a.
상기 전극은 전술한 바와 같다. The electrode is as described above.
상기 분리막은 해당 기술분야의 공지된 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것일 수 있으며, 부직포 또는 직포 형태일 수 있고, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.The separator is not particularly limited as long as it is a separator known in the art. For example, it may be selected from glass fibers, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, or combinations thereof, may be in the form of non-woven fabric or woven fabric, and may optionally be used in a single layer or multi-layer structure.
상기 전해액은 비수계 유기용매와 전해염을 포함한다. 상기 비수계 유기용매는 에틸렌 카본네이트(EC), 프로필렌 카본네이트(PC), 디메틸 카본네이트(DMC), 디에틸 카본네이트(DEC), 에틸메틸 카본 네이트(EMC), 1,2-디메톡시에텐(DME), γ-부티로락톤(BL), 테트라하이드로퓨란(THF), 1,3-디옥솔레인(DOL), 디에틸이써(DEE), 메틸 포르메이트(MF), 메틸프로피오네이트(MP), 술폴레인(S), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세토니트릴(AN) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 전해염은 비수계 유기용매에 용해되어, 전지 내에서 전해 금속 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 전해 금속 이온의 이동을 촉진시키는 물질이다. 비한정적인 일예를 들어, 상기 전해 금속이 리튬인 경우, 전해염은 LiPF6, LiBF4, LiTFSI, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단, x, y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 전해염은 공지된 물질을 목적에 맞는 농도로 사용할 수 있으며, 필요에 따라 충방전 특성, 난연성 특성 등의 개선을 위하여 공지된 용매 또는 첨가제를 더 포함할 수 있다. The electrolyte solution includes a non-aqueous organic solvent and an electrolyte salt. The non-aqueous organic solvent is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxy Ten (DME), γ-butyrolactone (BL), tetrahydrofuran (THF), 1,3-dioxolane (DOL), diethylether (DEE), methyl formate (MF), methyl propio nate (MP), sulfolane (S), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile (AN), or mixtures thereof, but is not limited thereto. The electrolytic salt is a material that dissolves in a non-aqueous organic solvent, acts as a source of electrolytic metal ions in a battery, enables basic operation of a secondary battery, and promotes the movement of electrolytic metal ions between an anode and a cathode. For a non-limiting example, when the electrolyte metal is lithium, the electrolyte salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiTFSI, LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (x, y are natural numbers), LiCl, LiI Or it may be a mixture thereof, but is not limited thereto. In addition, the electrolyte salt may use a known material at a concentration suitable for the purpose, and may further include a known solvent or additive to improve charge/discharge characteristics, flame retardancy characteristics, etc., if necessary.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은, 제조된 음극, 분리막 및 양극을 순서대로 적층하여 전극 조립체를 형성하고, 제조된 전극 조립체를 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음 전해액을 주입하여 전지를 제조할 수 있다. 또는, 상기 전극 조립체를 적층한 후 이를 전해액에 함침시키고 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하여 제조할 수 있다.In the method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention for achieving the above object, an electrode assembly is formed by sequentially stacking a negative electrode, a separator, and a positive electrode, and the manufactured electrode assembly is a cylindrical battery case or a prismatic battery case Then, a battery can be manufactured by injecting an electrolyte solution. Alternatively, it may be manufactured by laminating the electrode assembly, impregnating it with an electrolyte, and sealing the obtained result by putting it in a battery case.
본 발명에서 사용되는 전지 케이스는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들어 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. The battery case used in the present invention may be one commonly used in the field, and there is no limitation on the external appearance according to the purpose of the battery, for example, a cylindrical shape using a can, a prismatic shape, a pouch shape, or a coin ( coin) type, etc.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention can be used not only as a battery cell used as a power source for a small device, but also can be preferably used as a unit cell in a medium-large battery module including a plurality of battery cells. Preferred examples of the medium or large-sized device include, but are not limited to, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, power storage systems, and the like.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.
실시예Example
(실시예 1)(Example 1)
<음극의 제조><Manufacture of cathode>
바인더로 SBR (Zeon社 BM451B) 현탁액을 순수에 희석하여 바인더 현탁액을 제조하였다.A binder suspension was prepared by diluting a suspension of SBR (BM451B from Zeon) with pure water as a binder.
인조흑연(D50: 13㎛) : 천연흑연(D50: 10㎛)을 5:5 중량비로 혼합한 음극 활물질, CMC 증점제, SBR 바인더를 98.5:1:0.5의 중량비로 물에 첨가하여 점도 5,000 cps의 음극 슬러리를 제조하였다.Artificial graphite (D50: 13㎛): Anode active material mixed with natural graphite (D50: 10㎛) in a weight ratio of 5:5, CMC thickener, and SBR binder are added to water in a weight ratio of 98.5:1:0.5 to obtain a viscosity of 5,000 cps. A negative electrode slurry was prepared.
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 제조된 바인더 현탁액과 음극 슬러리를 다층 동시 다이 코팅법으로 슬롯다이를 이용하여 각각 1㎛(바인더 현탁액을 단독 도포 시 건조 후 두께 기준임)와 200㎛의 두께로 도포한 후, 건조하고, 또 다른 일면에도 동일하게 도포한 후, 건조하였다. 이 때 건조조건은 하기 표 5에 기재된 것으로 하였다. The binder suspension and the negative electrode slurry prepared on one side of the copper current collector (8㎛ thick copper foil) are coated with a multi-layer simultaneous die coating method using a slot die, respectively, to a thickness of 1㎛ (based on the thickness after drying when the binder suspension is applied alone) and After applying to a thickness of 200㎛, it was dried, and after applying the same to another surface, it was dried. At this time, the drying conditions were those described in Table 5 below.
건조가 완료된 음극을 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.The dried negative electrode was rolled (rolling density: 1.68 g/cm 3 ) to prepare a negative electrode having a current collector negative active material layer formed thereon.
이 때 제조된 음극은, 음극 활물질층의 고형분 조성이 음극 활물질 97.5 중량%, SBR 바인더 1.5 중량% 및 CMC 증점제 1 중량% 이었다. 또한, 제조된 음극은 구리 호일 두께 8㎛, 및 음극 활물질층 두께 127㎛로 형성되었으며, SEM 이미지 상으로 바인더 층과 음극 활물질층의 경계가 명확하게 구분되지 않고 하나의 음극 활물질층으로 형성됨을 확인하였다 (도 1 참조). In the negative electrode prepared at this time, the solid composition of the negative electrode active material layer was 97.5% by weight of the negative electrode active material, 1.5% by weight of the SBR binder, and 1% by weight of the CMC thickener. In addition, the prepared negative electrode was formed with a copper foil thickness of 8 μm and a negative electrode active material layer thickness of 127 μm, and it was confirmed that the boundary between the binder layer and the negative active material layer was not clearly distinguished and formed as one negative active material layer on the SEM image. (see Figure 1).
<양극의 제조><Manufacture of positive electrode>
양극 활물질로서 Li[Ni0.88Co0.1Mn0.02]O2, 도전재로서 carbon black과, 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 96.5:2:1.5의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 12㎛ 두께의 알루미늄박에 균일하게 도포하고, 진공 건조하여 이차 전지용 양극을 제조하였다.A slurry was prepared by mixing Li[Ni 0.88 Co 0.1 Mn 0.02 ]O 2 as a cathode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in a weight ratio of 96.5:2:1.5. The slurry was uniformly applied to an aluminum foil having a thickness of 12 μm and vacuum dried to prepare a cathode for a secondary battery.
<이차 전지의 제조><Manufacture of secondary battery>
양극 및 음극을 각각 소정의 사이즈로 노칭(Notching)하여 적층하고, 상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터(폴리에틸렌, 두께 13㎛)를 개재하여 전극 셀을 형성한 후, 양극 및 음극의 탭부분을 각각 용접하였다. 용접된 양극/세퍼레이터/음극의 조립체를 파우치 안에 넣고 전해액 주액부면을 제외한 3면을 실링 하였다. 이때 전극 탭이 있는 부분은 실링 부에 포함시켰다.Positive and negative electrodes are laminated by notching to a predetermined size, and an electrode cell is formed with a separator (polyethylene,
실링부를 제외한 나머지 면을 통해 전해액을 주액하고 상기 나머지 면을 실링 후, 12시간 이상 함침시켰다.The electrolyte solution was injected through the remaining surface except for the sealing part, and after sealing the remaining surface, it was impregnated for 12 hours or more.
전해액은 EC/EMC/DEC(25/45/30; 부피비)의 혼합 용매에 1M LiPF6을 용해시킨 후, 비닐렌 카보네이트(VC) 1wt%, 1,3-프로펜설톤(PRS) 0.5wt% 및 리튬비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB) 0.5wt%를 첨가한 것을 사용하였다.The electrolyte was prepared by dissolving 1M LiPF 6 in a mixed solvent of EC/EMC/DEC (25/45/30; volume ratio), followed by 1 wt% of vinylene carbonate (VC) and 0.5 wt% of 1,3-propensultone (PRS). and 0.5wt% of lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) was added.
이후, 0.25C에 해당하는 전류로 36분 동안 Pre-charging을 실시하였다. 1시간 후에 Degasing을 하고 24시간 이상 에이징한 후, 화성 충방전을 실시하였다 (충전조건 CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.2C 2.5V CUTOFF).Then, pre-charging was performed for 36 minutes with a current corresponding to 0.25C. After degasing after 1 hour and aging for more than 24 hours, chemical charging and discharging was performed (charging condition CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharging condition CC 0.2C 2.5V CUTOFF).
그 후, 표준 충방전을 실시하였다 (충전조건 CC-CV 0.33C 4.2V 0.05C CUT-OFF, 방전조건 CC 0.33C 2.5V CUT-OFF).After that, standard charging and discharging was performed (charging condition CC-CV 0.33C 4.2V 0.05C CUT-OFF, discharging condition CC 0.33C 2.5V CUT-OFF).
(실시예 2)(Example 2)
바인더 현탁액과 음극 슬러리를 코팅함에 있어서 바인더 현탁액을 그라비아 코팅을 통해서 먼저 도포한 후, 음극 슬러리를 슬롯다이를 이용하여 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.In coating the binder suspension and the negative electrode slurry, the negative electrode, the positive electrode and the secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the binder suspension was first applied through gravure coating and then the negative electrode slurry was applied using a slot die. did
(실시예 3)(Example 3)
바인더로 SBR(Zeon社 BM451B) 과 CMC(Daicel社 D2200)을 각각 97:3의 고형분 비율로 혼합 및 희석하여 바인더 현탁액을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다. Negative, positive and secondary batteries were prepared in the same manner as in Example 1, except that a binder suspension was prepared by mixing and diluting SBR (Zeon's BM451B) and CMC (Daicel's D2200) at a solid content ratio of 97:3, respectively. was manufactured.
(실시예 4)(Example 4)
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 제조된 바인더 현탁액과 음극 슬러리를 다층 동시 다이 코팅법으로 슬롯다이를 이용하여 각각 7㎛(바인더 현탁액을 단독 도포 시 건조 후 두께 기준임)와 132㎛의 두께로 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.The binder suspension and the negative electrode slurry prepared on one side of the copper current collector (8㎛ thick copper foil) are coated with a multi-layer simultaneous die coating method using a slot die to obtain a thickness of 7㎛ (based on the thickness after drying when the binder suspension is applied alone) and A negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the coating was applied to a thickness of 132 μm.
(비교예 1) (Comparative Example 1)
인조흑연(D50: 13㎛) : 천연흑연(D50: 10㎛)을 5:5 중량비로 혼합한 음극 활물질, SBR 바인더 및 CMC 증점제를 97.5:1.5:1 의 중량비로 물에 첨가하여 점도 5,000cps의 음극 슬러리를 제조하였다.Artificial graphite (D50: 13㎛): Anode active material mixed with natural graphite (D50: 10㎛) in a weight ratio of 5:5, SBR binder and CMC thickener are added to water in a weight ratio of 97.5: 1.5: 1 to obtain a viscosity of 5,000cps. A negative electrode slurry was prepared.
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 제조된 음극 슬러리를 다이 코팅법으로 슬롯다이를 이용하여 도포한 후, 건조하고, 또 다른 일면에도 동일하게 도포한 후, 건조하였다. 건조가 완료된 음극을 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 상에 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.The negative electrode slurry prepared on one side of the copper current collector (copper foil having a thickness of 8 μm) was applied using a slot die in a die coating method, and then dried, and then applied to the other side in the same manner and then dried. The dried negative electrode was rolled (rolling density: 1.68 g/cm 3 ) to prepare a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector.
이 때 음극은 구리 호일 두께 8㎛, 음극 활물질층 두께 126㎛로 형성되었다. At this time, the negative electrode was formed with a copper foil thickness of 8 μm and a negative electrode active material layer thickness of 126 μm.
제조된 음극을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 진행하여 양극 및 이차 전지를 제조하였다.A positive electrode and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the prepared negative electrode was used.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
인조흑연 : 천연흑연을 5:5 중량비로 혼합한 음극 활물질, SBR 바인더, CMC 증점제를 97:2:1의 중량비로 물에 첨가하여 제1 음극 슬러리를 제조하였다.A first negative electrode slurry was prepared by adding a negative electrode active material in which artificial graphite:natural graphite was mixed in a weight ratio of 5:5, an SBR binder, and a CMC thickener to water in a weight ratio of 97:2:1.
인조흑연 : 천연흑연을 5:5 중량비로 혼합한 음극 활물질, SBR 바인더, CMC 증점제를 98:1:1의 중량비로 물에 첨가하여 제2 음극 슬러리를 제조하였다.A second negative electrode slurry was prepared by adding an anode active material in which artificial graphite:natural graphite was mixed in a weight ratio of 5:5, an SBR binder, and a CMC thickener to water in a weight ratio of 98:1:1.
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 제조된 제1 음극 슬러리와 제2 음극 슬러리를 다층 동시 다이 코팅법으로 슬롯다이를 이용하여 5:5의 두께로 형성될 수 있도록 도포한 후, 건조하고 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 상에 제1 음극 활물질층 및 제2 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조하였다. 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 진행하여 양극 및 이차 전지를 제조하였다.The first and second negative electrode slurries prepared on one side of the copper current collector (8 μm-thick copper foil) are applied to a thickness of 5:5 using a slot die in a multi-layer simultaneous die coating method, and then , dried and rolled (rolling density: 1.68 g/cm 3 ) to prepare a negative electrode having a first negative active material layer and a second negative active material layer formed on the current collector. A positive electrode and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that the prepared negative electrode was used.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
바인더로 CMC (Daicel社 D2200)를 이용하여 바인더 현탁액을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that a binder suspension was prepared using CMC (Daicel D2200) as a binder.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
바인더로 PAA (스미토모세이카社 SW100)을 이용하여 바인더 현탁액을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.A negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that a binder suspension was prepared using PAA (Sumitomo Seika SW100) as a binder.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
바인더로 CMC (Daicel社 D2200)와 PAA (스미토모세이카社 SW100)을 1:3의 고형분 비율로 혼합 및 희석하여 바인더 용액을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.CMC (Daicel D2200) and PAA (Sumitomo Seika SW100) were mixed and diluted at a solid content ratio of 1:3 to prepare a binder solution, but the negative electrode, positive electrode and secondary battery were proceeded in the same manner as in Example 1. was manufactured.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
구리 집전체의 일면에 제조된 바인더 현탁액을 슬롯다이 코팅법으로 도포한 후 건조하여 바인더 층을 형성하였고, 형성된 바인더 층 상에 음극 슬러리를 슬롯다이 코팅법으로 도포한 후 건조하여 음극 활물질층을 형성하였다. 이후 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 상에 바인더 층 및 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다.The prepared binder suspension was applied to one surface of the copper current collector by a slot die coating method and then dried to form a binder layer. On the formed binder layer, a negative electrode slurry was applied by a slot die coating method and then dried to form a negative electrode active material layer. did Then, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, except that a negative electrode having a binder layer and a negative active material layer formed on the current collector was prepared by rolling (rolling density: 1.68 g/cm 3 ).
[평가예 1][Evaluation Example 1] EDS(energy dispersive x-ray spectroscopy) mapping에 의한 음극 두께 방향의 바인더 분포 특성 및 음극 면 방향의 바인더 분포 특성 평가 Evaluation of binder distribution characteristics in the cathode thickness direction and cathode surface direction by EDS (energy dispersive x-ray spectroscopy) mapping
실시예 1 및 비교예 6에 의해 제조된 전극의 두께 방향 단면 SEM image 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었고, 또한 상기 실시예 1에 의해 제조된 전극의 두께 방향 EDS mapping 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다. 이 때, SBR 바인더의 분포는 일반적인 EDS mapping으로 구분이 어렵기 때문에 Os gas를 전극 전극에 충분히 노출시킨 후, Os 원소에 대해서 EDS mapping 분석한 이미지를 도 3에 나타내었고, 전극 두께방향으로 SBR (Os) 함량 mass % profile 그래프를 도 4에 나타내었다.The thickness direction cross-sectional SEM image results of the electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 6 are shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and the EDS mapping results in the thickness direction of the electrodes prepared in Example 1 are shown in FIGS. shown in Figure 4. At this time, since the distribution of the SBR binder is difficult to distinguish by general EDS mapping, after sufficiently exposing Os gas to the electrode, the EDS mapping analysis of the Os element is shown in FIG. 3, and the SBR in the electrode thickness direction ( Os) content mass % profile graph is shown in FIG.
도 1을 참고하면, 실시예 1로 제조된 전극은 바인더 층과 활물질층 간의 구분이 명확하지 않은 것을 알 수 있고, 이는 전극 활물질 층으로 SBR 바인더가 확산(migration)되기 때문으로 분석된다. SBR 바인더 현탁액을 이용함으로써 충분히 얇은 두께로 바인더 현탁액을 도포할 수 있고, 전극 건조 과정에서 SBR 바인더 입자가 전극 슬러리 층으로 확산됨에 따라 집전체와 활물질 층의 컨택이 바인더 층을 추가로 도포하지 않은 것과 같이 매우 밀접하게 형성되어 있는 것을 SEM image로 확인할 수 있다. 반면, 도 2는 바인더를 도포 및 건조하여 전극 활물질층과 구별되는 별도의 바인더층을 형성하였는바, SEM image 에서도 집전체 상에 바인더층과 활물질층이 각각 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1 , in the electrode prepared in Example 1, it can be seen that the distinction between the binder layer and the active material layer is not clear, which is analyzed because the SBR binder migrates into the electrode active material layer. By using the SBR binder suspension, the binder suspension can be applied with a sufficiently thin thickness, and as the SBR binder particles diffuse into the electrode slurry layer during the electrode drying process, the contact between the current collector and the active material layer is different from that of not additionally applying the binder layer. It can be confirmed by SEM image that they are formed very closely together. On the other hand, in FIG. 2, a binder layer was applied and dried to form a separate binder layer distinct from the electrode active material layer, and it can be seen from the SEM image that the binder layer and the active material layer were respectively formed on the current collector.
따라서 종래의 패턴 코팅 등을 적용하지 않고, 절연체인 바인더 층을 폭 방향으로 균일하게 도포하였음에도 계면 비저항값이 증가하지 않는 전극을 제조할 수 있음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that an electrode having no increase in interface resistivity can be manufactured even though a binder layer, which is an insulator, is uniformly applied in the width direction without applying a conventional pattern coating.
도 3 및 도 4를 참고하면, 전극 집전체와 활물질 층의 경계로부터 활물질 층의 일부 영역에서 바인더가 상대적으로 높은 농도로 연속적으로 분포하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 집전체와 전극 활물질 층의 경계의 접착력 (Adhesion)을 큰 폭으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 건조 과정 중 전극 활물질 층으로 바인더 입자가 확산되므로 전극 활물질층 하부의 일정 영역의 접착력(cohesion)도 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , it can be seen that the binder is continuously distributed at a relatively high concentration in some regions of the active material layer from the boundary between the current collector and the active material layer. From these results, not only can the adhesion of the boundary between the current collector and the electrode active material layer be greatly improved, but also the adhesion of a certain area under the electrode active material layer can be improved because the binder particles are diffused into the electrode active material layer during the drying process. ) can also be improved.
또한, 상기 실시예 1~4 및 비교예 1~6에 대해서 전극의 두께 방향 단면 SEM image 및 EDS mapping을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 구체적으로 활물질 층 전체 영역에 대해서 단위두께 당 Os 원소의 함량 a1(at%)을 측정하였고, 이를 이용하여 전체영역 Os 원소 함량으로 환산하였다(b1). 집전체로부터 15% 두께에 해당하는 영역에 대해서 단위두께 당 Os 원소의 함량 a2(at%)을 측정하였고, 이를 이용하여 15% 두께의 전체 Os 함량으로 환산하였다(b2). 이어서, b2/b1을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.In addition, the results of analyzing the cross-sectional SEM image and EDS mapping of the electrode in the thickness direction for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Table 1 below. Specifically, the content of Os element a 1 (at%) per unit thickness was measured for the entire area of the active material layer, and was converted to the content of Os element in the entire area (b 1 ). The content a 2 (at%) of the Os element per unit thickness was measured for the area corresponding to the 15% thickness from the current collector, and was converted to the total Os content of the 15% thickness (b 2 ). Subsequently, b 2 /b 1 was calculated and shown in Table 1 below.
(= a1×1.0) b1
(= a 1 × 1.0)
(= a2×0.15) b2
(= a 2 ×0.15)
실시예 1~3은 집전체와 활물질 층의 계면에 다수의 바인더가 분포하는 것으로 확인되나, 비교예 1은 바인더의 migration 현상으로 인하여 전체 활물질 층의 평균 바인더 함량 대비 집전체와 활물질 층의 계면에 분포하는 바인더가 부족한 것을 알 수 있다. 비교예 2는 비교예 1 대비 계면에 분포하는 바인더 함량은 증가하였으나, 실시예와 비교하였을 때는 낮은 값을 나타내었다. 이는 상대적으로 실시예 1~3의 경우 집전체와 활물질 층이 더 강하게 결착되어 있음을 의미하고, 또한 활물질 층 표면의 바인더 함량이 낮아서 급속 충전 성능에 유리할 수 있음을 나타낸다.In Examples 1 to 3, it was confirmed that a plurality of binders were distributed at the interface between the current collector and the active material layer, but in Comparative Example 1, due to the migration phenomenon of the binder, the average binder content of the entire active material layer was at the interface between the current collector and the active material layer. It can be seen that the distributed binder is insufficient. In Comparative Example 2, the binder content distributed at the interface increased compared to Comparative Example 1, but showed a lower value when compared to Examples. This means that the current collector and the active material layer are relatively more strongly bound in Examples 1 to 3, and also indicates that the binder content on the surface of the active material layer is low, which can be advantageous for fast charging performance.
[평가예 2][Evaluation Example 2] 전극의 층간 결합력 및 계면 비저항값 평가 Evaluation of interlayer bonding strength and interface resistivity of electrodes
1) 전극의 90° 굽힘 접착력 측정1) Measurement of 90° bending adhesion of the electrode
실시예 1~4 및 비교예 1~6에서 제조된 전극에 대해 90° 굽힘 접착력을 측정하였고, 측정된 접착력과 전극에서 분리되는 위치를 하기 표 2에 기재하였다. 또한, 집전체와 전극 활물질층이 분리되는 형태를 각각 도 5a~5d에 모식도로 나타내었다.The 90 ° bending adhesive force was measured for the electrodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, and the measured adhesive force and the position separated from the electrode are shown in Table 2 below. In addition, the form in which the current collector and the electrode active material layer are separated is schematically shown in FIGS. 5A to 5D, respectively.
* 전극 활물질층과 집전체의 계면 접착력 평가* Evaluation of interfacial adhesion between electrode active material layer and current collector
실시예 1~4 및 비교예 1~6에서 제조된 음극을 가로 18mm / 세로 150mm로 자르고, 양면 코팅된 전극의 일면에 인장검사기의 체결 부로 세로 약 50mm를 제외한 100mm 위치에 18mm 폭의 단면 tape(3M社 제조)를 부착한 후, 2kg의 하중을 갖는 roller로 충분히 접착시켰다. 인장검사기의 바닥면에 양면 tape을 부착 시킨 후, 양면 tape면과 상기 제조한 전극의 단면 tape면이 마주하도록 부착시켰다. 인장검사기의 반대쪽에 단면 tape이 부착되지 않은 부분을 체결하고, 90° 굽힘 접착력 측정을 진행하였고(도 6a 및 6b), 측정된 강도를 tape의 폭으로 나눈 결과를 하기 표 2에 정리하였다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 음극에 대해 접착력 측정 후 분리된 음극 사진을 도 6c에 나타내었다.The cathodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6 were cut into 18 mm in width / 150 mm in length, and a single-sided tape of 18 mm width was placed at 100 mm position except for about 50 mm in length as a joint part of a tensile tester on one side of the double-coated electrode ( manufactured by 3M), and then sufficiently bonded with a roller having a load of 2 kg. After attaching the double-sided tape to the bottom surface of the tensile tester, it was attached so that the double-sided tape surface and the single-sided tape surface of the prepared electrode faced each other. The part where the single-sided tape was not attached was fastened to the opposite side of the tensile tester, and the 90 ° bending adhesive force was measured (FIGS. 6a and 6b), and the results obtained by dividing the measured strength by the width of the tape are summarized in Table 2 below. In addition, after measuring the adhesion of the negative electrodes according to Example 1 and Comparative Example 1, a photograph of the separated negative electrodes is shown in FIG. 6C.
한편, i) 평균 분리위치(t1)는 양면 코팅된 전극을 이용하여 상기 90o 굽힘 접착력을 측정하여 분리된 두 부분 중, 집전체를 포함하는 부분의 두께를 측정한 후 집전체와 후면의 활물질층의 두께를 뺀 값으로 하였다. 전극의 두께 측정은 6.35pi tip 마이크로 미터 (293 series, Mitsutoyo社)를 이용하여 측정압은 5N으로 측정하되, 10회 측정하여 상한값과 하한값을 제외한 8회의 평균값으로 하였다.On the other hand, i) the average separation position (t 1 ) measures the thickness of the part including the current collector among the two separated parts by measuring the 90 ° bending adhesive force using a double-sided coated electrode, and then measuring the thickness of the current collector and the rear surface The thickness of the active material layer was subtracted from the value. The thickness of the electrode was measured using a 6.35pi tip micrometer (293 series, Mitsutoyo Co.) with a measuring force of 5N, and the measurement was performed 10 times, and the average value of 8 times excluding the upper and lower limit values was taken.
ii) 활물질 입자 크기(t2)는 실시예 및 비교예들에서 사용된 흑연 활물질 입자 크기(D50)이고, 그 중 입경이 큰 대입경 흑연 활물질 입자 크기(D50)로 하였다. 이때, 대입경 흑연 활물질 입자 크기는 13㎛ 였다.ii) The active material particle size (t 2 ) is the graphite active material particle size (D50) used in Examples and Comparative Examples, and among them, the large particle size graphite active material particle size (D50) was used. At this time, the particle size of the large-diameter graphite active material was 13 μm.
(um)Average separation position (t 1 )
(um)
(t2≤t1≤8×t2)Whether
(t 2 ≤ t 1 ≤ 8×t 2 )
도 5a는 실시예 1~3에서 제조된 전극의 90o 굽힘 접착력을 측정한 결과를 나타낸 모식도이다. 상기 표 2과 도 5a을 참고하면, 집전체와 전극 활물질층 간 계면의 Adhesion 보다 전극 활물질층 내부의 Cohesion이 약하기 때문에 음극 활물질층 내부에서 분리되는 것을 알 수 있었다. 즉, 도 5a의 형태가 되기 위해서는 전극 활물질층 내부의 바인더 함량이 낮은 경우이고, 이러한 결과는 바인더 분포 관련하여 전극 활물질층에 존재하는 바인더의 함량이 낮다는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 접착력 측정 후 분리된 음극 사진은 도6c에서 확인할 수 있다.Figure 5a is a schematic diagram showing the results of measuring the 90 o bending adhesive strength of the electrodes prepared in Examples 1 to 3. Referring to Table 2 and FIG. 5A, it was found that since the cohesion inside the electrode active material layer is weaker than the adhesion at the interface between the current collector and the electrode active material layer, the separation occurs inside the negative electrode active material layer. That is, in order to be in the form of FIG. 5A, the content of the binder in the electrode active material layer is low, and this result can be seen that the content of the binder present in the electrode active material layer is low in relation to the binder distribution. A photograph of the separated cathode after measuring the adhesive force of Example 1 can be seen in FIG. 6C.
도 5b는 비교예 1~2에 의해 제조된 전극으로서, 집전체 상부에 바로 전극 슬러리를 도포 및 건조함에 따라 전극 활물질층이 형성된 일반적인 전극의 90° 굽힘 접착력 측정 시 집전체와 전극 활물질층이 분리되는 형태를 모식도로 나타낸 것이다. 상기 표 2과 도 5b를 참고하면, 상기의 경우 전극 활물질층 내부의 Cohesion 보다 집전체와 전극 활물질층의 Adhesion이 낮기 때문에 계면에서 분리가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 5B is an electrode manufactured by Comparative Examples 1 and 2, and the current collector and the electrode active material layer are separated when measuring the 90 ° bending adhesive force of a general electrode having an electrode active material layer formed by directly applying and drying the electrode slurry on top of the current collector The form is shown in a schematic diagram. Referring to Table 2 and FIG. 5B, in the above case, it was confirmed that separation occurred at the interface because the adhesion between the current collector and the electrode active material layer was lower than the cohesion inside the electrode active material layer.
도 5c는 비교예 3~6에 의해 제조된 전극으로서, 사전에 바인더 층이 코팅 후 건조된 집전체에 전극 활물질층을 코팅한 경우(비교예 6) 또는 SBR 등 용매와 혼합 시 바인더 현탁액을 구현할 수 있는 바인더가 아닌, CMC 및/또는 PAA를 사용하여 제조한 경우(비교예 3 내지 5)의 전극의 90° 굽힘 접착력을 측정한 형태를 나타낸 모식도이다. 이 경우에는 바인더층과 전극 활물질층 계면에서 분리가 일어나는데, 상기 표 2과 도 5c를 참고하면 SBR 대신에 CMC와 PAA 바인더를 사용하는 경우와, SBR 바인더 현탁액을 건조한 후 음극 활물질층을 도포하는 경우에는 전극 활물질층으로 바인더의 migration이 충분히 발생되지 않는다는 점을 시사한다. 이에, 바인더 층과 전극 활물질층이 각각의 층으로 명확하게 형성됨을 확인할 수 있었고, 형성된 바인더 층과 음극 활물질층 계면의 Adhesion이 가장 약하기 때문에 해당 위치가 분리되는 것을 알 수 있었다.Figure 5c is an electrode prepared by Comparative Examples 3 to 6, when an electrode active material layer is coated on a current collector dried after a binder layer is coated in advance (Comparative Example 6) or when mixed with a solvent such as SBR to implement a binder suspension It is a schematic diagram showing the form of measuring the 90 ° bending adhesive force of the electrode in the case of manufacturing using CMC and / or PAA, which is not a binder that can be used (Comparative Examples 3 to 5). In this case, separation occurs at the interface between the binder layer and the electrode active material layer. Referring to Table 2 and FIG. 5C, when CMC and PAA binders are used instead of SBR, and when the negative electrode active material layer is applied after drying the SBR binder suspension suggests that migration of the binder to the electrode active material layer is not sufficiently generated. Accordingly, it was confirmed that the binder layer and the electrode active material layer were clearly formed as individual layers, and since the adhesion between the formed binder layer and the negative electrode active material layer interface was the weakest, it was found that the corresponding position was separated.
한편, 도 5d는 실시예 4에 의해 제조된 음극으로서, 도 5a와 유사하나 바인더 층과 활물질층의 경계가 명확하게 구분되는 경우를 나타낸다. 상기 표 2과 도 5d를 참고하면, SBR 바인더 현탁액을 기준치 이상으로 두껍게 도포하는 경우, SBR 입자의 확산(migragtion)으로 인하여 계면 접착력이 개선되지만, 바인더 층이 두텁게 형성되어 절연층으로 작용할 수 있다.On the other hand, Figure 5d is a negative electrode manufactured in Example 4, similar to Figure 5a, but shows a case where the boundary between the binder layer and the active material layer is clearly distinguished. Referring to Table 2 and FIG. 5D, when the SBR binder suspension is applied thicker than the standard value, the interfacial adhesion is improved due to the migration of the SBR particles, but the binder layer is formed thick and acts as an insulating layer.
한편, 표 2을 참고하면, 본 발명에 의한 전극은 접착력 측정 시 집전체에 활물질이 '층' 형태로 잔류된 상태로 분리되기 때문에 항상 1.0 x t2 이상의 두께를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 및 도 6c의 실시예 1 사진을 육안으로 확인하면, 분리된 상하층 모두 활물질 층인 것을 알 수 있었다. 평균 분리위치는 본 발명의 관계식 1을 만족한다.On the other hand, referring to Table 2, it was confirmed that the electrode according to the present invention always has a thickness of 1.0 xt 2 or more because the active material is separated in a state in which the active material remains in the form of a 'layer' on the current collector when the adhesive strength is measured. And when visually checking the photograph of Example 1 of FIG. 6C , it was found that the separated upper and lower layers were both active material layers. The average separation position satisfies
반대로 본 발명의 기술을 적용하지 않은 종래의 전극은 집전체와 계면에서 분리된다고 하지만, 깨끗하게 경계에서 분리되지는 않고 활물질 입자가 입자 단위로 울퉁불퉁하고 분리되는 것을 확인하였다. 구체적으로 도 6c의 비교예 1 사진을 육안으로 확인하면, Cu 집전체가 대부분이고 일부 영역에 활물질 입자가 흩뿌려진 것처럼 소량 잔류하는 것으로 실시예 1의 '활물질 층' 형태로 잔류하는 것과는 상이하다. 이때 평균 분리위치 두께는 0 ≤ t1 < 1.0 x t2이고, 본 발명의 관계식 1을 만족하지 않는다. 이러한 결과는 두께 측정기의 팁 size가 6.35pi로 넓은 편이므로 활물질 입자 다수가 포함되어 평균 두께로 측정되기 때문인 것으로 분석된다.Conversely, although the conventional electrode to which the technology of the present invention is not applied is said to be separated from the current collector and the interface, it was confirmed that the active material particles were not separated cleanly at the boundary and the active material particles were rugged and separated in particle units. Specifically, when visually checking the photograph of Comparative Example 1 of FIG. 6C, most of the Cu current collector is left in a small amount as if active material particles are scattered in some areas, which is different from remaining in the form of an 'active material layer' of Example 1. At this time, the average separation position thickness is 0 ≤ t 1 < 1.0 x t 2 , and does not satisfy
2) 전극의 계면 비저항값 측정2) Measuring the interfacial resistivity of the electrode
실시예 1~4 및 비교예 1~6에서 제조된 전극에 대해 Hioki社의 계면 비저항값 측정기(Hioki社 XF057)를 사용하여 전극과 집전체 사이의 계면저항을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.For the electrodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6, the interface resistance between the electrode and the current collector was measured using Hioki's interface resistivity value meter (Hioki's XF057), and the results are shown in Table 3 below. shown in
표 3를 참고하면, 본 발명의 실시예 1~3에 의해 제조된 전극은 바인더 현탁액을 도포함에도 불구하고 비교예 1~2와 유사한 수준으로 전극-집전체 간 계면 비저항값이 측정되었다. 반면에, 비교예 3~5는 충분한 접착력이 확보되지 않아서 압연 후 신뢰할만한 계면 비저항값을 측정할 수 없었다. 비교예 6은 바인더 현탁액이 전극 활물질과 섞이지 않아 건조 후 이들 층간에 구분이 명확한 바인더 절연체 층이 형성됨을 시사한다. 실시예 4는 절연체 바인더 층이 두껍게 형성됨에 따라 계면저항이 가장 높게 나타난 것으로 분석된다.Referring to Table 3, the electrodes prepared in Examples 1 to 3 of the present invention had an interface resistivity value between the electrode and the current collector measured at a level similar to that of Comparative Examples 1 to 2 despite the application of the binder suspension. On the other hand, in Comparative Examples 3 to 5, reliable interfacial resistivity values could not be measured after rolling because sufficient adhesion was not secured. Comparative Example 6 suggests that the binder suspension is not mixed with the electrode active material, so that a binder insulator layer with clear division between these layers is formed after drying. Example 4 is analyzed to have the highest interfacial resistance as the insulator binder layer is formed thickly.
[평가예 3][Evaluation example 3] 급속 충전 성능 평가 Quick charge performance evaluation
실시예 1~4 및 비교예 1~6에 의해 제조된 이차 전지를 25℃온도에서 2.5 C의 C-rate로 충전하고, 1/3C C-rate로 방전하는 급속 충전 평가를 진행하였다. 100 사이클 및 200 사이클 반복 후 급속 충전 용량 유지율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The secondary batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 6 were charged at a C-rate of 2.5 C at a temperature of 25° C. and then discharged at a 1/3 C C-rate. After repeating 100 cycles and 200 cycles, the rapid charge capacity retention rate was measured, and the results are shown in Table 4 below.
표 4을 참고하면, 실시예 1~3에 의해 제조된 리튬 이차전지는 비교예 1~3에 비해 사이클 용량 유지율 (%) 감소가 적으며, 우수한 급속 충전 성능이 확보되었음을 확인할 수 있었다. 비교예 1~2는 전극 표면에 바인더가 균일하게 분산되어 있어 전극 저항이 증가되고 급속 충전 특성이 열화되는 것으로 분석되며, 비교예 3~5는 압연(Press) 및 노칭(Notching) 공정에서 전극 활물질층이 집전체로부터 부분적으로 탈리되는 불량이 발생하여 Cell 제조에 실패하였다. 비교예 6 및 실시예 4는 상기 표 3와 같이 집전체-활물질층 계면 비저항값이 증가됨에 따라 충방전 사이클이 진행될수록 용량 특성이 열화되는 것으로 분석된다.Referring to Table 4, it was confirmed that the lithium secondary batteries prepared in Examples 1 to 3 had less decrease in cycle capacity retention (%) compared to Comparative Examples 1 to 3, and excellent fast charging performance was secured. In Comparative Examples 1 and 2, it was analyzed that the electrode resistance increased and the rapid charging characteristics deteriorated because the binder was uniformly dispersed on the surface of the electrode, and Comparative Examples 3 to 5 showed electrode active materials in the pressing and notching processes Cell manufacturing failed due to a defect in which the layer was partially detached from the current collector. In Comparative Example 6 and Example 4, as shown in Table 3, it was analyzed that the capacity characteristics deteriorated as the charge/discharge cycle progressed as the resistivity value of the current collector-active material layer interface increased.
[평가예 4][Evaluation Example 4] 전극 건조조건 변화에 따른 활물질층과 집전체 간의 접착력 평가 Evaluation of adhesion between the active material layer and current collector according to changes in electrode drying conditions
(실시예 5~9) (Examples 5 to 9)
실시예 1의 단계 2에서, 도포된 전극 슬러리의 건조공정을 하기 표 5에 기재된 것으로 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 진행하여 전극을 제조하였다.In step 2 of Example 1, an electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the drying process of the applied electrode slurry was described in Table 5 below.
(비교예 7)(Comparative Example 7)
상기 비교예 3의 건조공정을 하기 표 5에 기재된 것으로 한 것을 제외하고, 비교예 3과 동일하게 진행하여 전극을 제조하였다.An electrode was prepared in the same manner as in Comparative Example 3, except that the drying process of Comparative Example 3 was described in Table 5 below.
(평가방법)(Assessment Methods)
활물질층과 집전체 간 계면 접착력 평가를 평가예 2와 동일하게 진행하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.Evaluation of interfacial adhesion between the active material layer and the current collector was performed in the same manner as in Evaluation Example 2, and the results are shown in Table 5 below.
표 5를 참고하면, 건조온도가 120℃ 이하로 낮은 경우(실시예 1, 5, 6 및 9) 용매를 모두 증발시키기 위해 건조시간이 증가하나 바인더 현탁액의 바인더 입자가 전극 활물질층으로 migration되어 집전체-활물질층 간의 접착력이 증가함을 확인할 수 있다. 건조온도가 과도하게 높은 경우(실시예 7, 8) 빠른 건조로 인해 건조과정에서 활물질 입자가 용매 표면에 쉽게 노출되고 이로 인해 모세관 현상에 의한 바인더 입자의 migration 과도하여 접착력이 다소 감소하는 것으로 분석된다.Referring to Table 5, when the drying temperature is as low as 120 ° C or less (Examples 1, 5, 6 and 9), the drying time is increased to evaporate all the solvent, but the binder particles of the binder suspension migrate to the electrode active material layer. It can be seen that the adhesive force between the entire active material layer is increased. When the drying temperature is excessively high (Examples 7 and 8), the active material particles are easily exposed to the surface of the solvent during the drying process due to rapid drying, and it is analyzed that the adhesive force is slightly reduced due to excessive migration of the binder particles due to the capillary phenomenon. .
비교예 7의 경우 접착력이 가장 우수한 조건인 실시예 6와 동일한 건조공정을 수행함에도 불구하고, 가장 낮은 접착력을 가지는 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 7, despite performing the same drying process as in Example 6, which is the most excellent adhesive strength, it can be seen that it has the lowest adhesive strength.
[평가예 5][Evaluation Example 5] 전극 활물질층 계면의 폭 방향 바인더 분포 특성 Binder Distribution Characteristics in the Width Direction of the Interface of the Electrode Active Material Layer
* 전극 활물질층과 집전체의 계면 접착력 평가* Evaluation of interfacial adhesion between electrode active material layer and current collector
실시예 1에서 제조된 음극을 폭방향이 세로 방향이 되도록 하여 가로 18mm / 세로 350mm로 자르고, 양면 코팅된 전극의 일면에 인장검사기의 체결 부로 세로 약 50mm를 제외한 300mm 위치에 18mm 폭의 단면 tape(3M社 제조)를 부착한 후, 2kg의 하중을 갖는 roller로 충분히 접착시켰다. 인장검사기의 바닥면에 양면 tape을 부착 시킨 후, 양면 tape면과 상기 제조한 전극의 단면 tape면이 마주하도록 부착시켰다. 인장검사기의 반대쪽에 단면 tape이 부착되지 않은 부분을 체결하고, 음극의 폭 방향 0.25mm 간격을 갖는 총 1201개 영역에 대해 90° 굽힘 접착력 측정을 진행하였고, 측정된 강도를 tape의 폭으로 나누어준 결과를 도 7에 나타내었다. 이어서 상기 1201개 영역에서 측정된 접착 강도의 산포(%) 특성을 도 8에 나타내었다. 이때, 산포(%)는 (각 영역에서의 접착력 개별값 - 접착력 평균값)/접착력 평균값)으로 계산하였다.The negative electrode prepared in Example 1 was cut into 18 mm wide / 350 mm long with the width direction being the vertical direction, and a single-sided tape of 18 mm width at 300 mm position excluding about 50 mm vertical as a joint part of a tensile tester on one side of the double-coated electrode manufactured by 3M), and then sufficiently bonded with a roller having a load of 2 kg. After attaching the double-sided tape to the bottom surface of the tensile tester, it was attached so that the double-sided tape surface and the single-sided tape surface of the prepared electrode faced each other. On the opposite side of the tensile tester, the part where the single-sided tape was not attached was fastened, and the 90° bending adhesive force was measured for a total of 1201 areas with a gap of 0.25 mm in the width direction of the cathode, and the measured strength was divided by the width of the tape Results are shown in FIG. 7 . Subsequently, the distribution (%) characteristics of the adhesive strength measured in the 1201 areas are shown in FIG. 8. At this time, the distribution (%) was calculated as (individual value of adhesive force in each region - average value of adhesive force) / average value of adhesive force).
도 7 및 도 8을 참고하면, 실시예 1에서 제조된 전극은 활물질층은 폭 방향으로 SBR 바인더 입자가 균일하게 분포되어 형성되었음을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 7 and 8 , it was confirmed that the active material layer of the electrode prepared in Example 1 was formed by uniformly distributing SBR binder particles in the width direction.
[평가예 6][Evaluation Example 6] 활물질 입자 크기별 전극의 층간 결합력 평가 Evaluation of bonding strength between electrodes by active material particle size
(실시예 10)(Example 10)
바인더로 SBR (Zeon社 BM451B) 현탁액을 순수에 희석하여 바인더 현탁액을 제조하였다.A binder suspension was prepared by diluting a suspension of SBR (BM451B from Zeon) with pure water as a binder.
SiOx계 음극 활물질 (D50: 6um), CMC 증점제, SBR 바인더를 98:1:1.0의 중량비로 물에 첨가하여 점도 5,000 cps의 음극 슬러리를 제조하였다.An anode slurry having a viscosity of 5,000 cps was prepared by adding a SiOx-based anode active material (D50: 6um), a CMC thickener, and an SBR binder to water in a weight ratio of 98:1:1.0.
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 상기 제조된 바인더 현탁액을 그라비아 코팅을 통해서 먼저 도포한 후, 음극 슬러리를 슬롯다이를 이용하여 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다. 이 때 그라비아 코팅을 통해서 도포된 바인더 현탁액의 두께는 2um였고(바인더 현탁액을 단독 도포 시 건조 후 두께 기준임), 최종 코팅된 전극의 두께는 204um 였다.After the prepared binder suspension was first applied on one side of the copper current collector (8 μm-thick copper foil) through gravure coating, the negative electrode slurry was applied using a slot die, and proceeded in the same manner as in Example 1, A negative electrode, a positive electrode and a secondary battery were prepared. At this time, the thickness of the binder suspension applied through the gravure coating was 2um (based on the thickness after drying when the binder suspension was applied alone), and the thickness of the final coated electrode was 204um.
건조가 완료된 음극을 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.The dried negative electrode was rolled (rolling density: 1.68 g/cm 3 ) to prepare a negative electrode having a current collector negative active material layer formed thereon.
(실시예 11) (Example 11)
바인더로 SBR (Zeon社 BM451B) 현탁액을 순수에 희석하여 바인더 현탁액을 제조하였다.A binder suspension was prepared by diluting a suspension of SBR (BM451B from Zeon) with pure water as a binder.
SiC계 음극 활물질 (D50: 2um), CMC 증점제, SBR 바인더를 98:1:1.0의 중량비로 물에 첨가하여 점도 5,000 cps의 음극 슬러리를 제조하였다.An anode slurry having a viscosity of 5,000 cps was prepared by adding a SiC-based anode active material (D50: 2um), a CMC thickener, and an SBR binder to water in a weight ratio of 98:1:1.0.
구리 집전체(8㎛ 두께의 구리박)의 일면에 상기 제조된 바인더 현탁액을 그라비아 코팅을 통해서 먼저 도포한 후, 음극 슬러리를 슬롯다이를 이용하여 도포한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 진행하여 음극, 양극 및 이차 전지를 제조하였다. 이 때 그라비아 코팅을 통해서 도포된 바인더 현탁액의 두께는 2um였고(바인더 현탁액을 단독 도포 시 건조 후 두께 기준임), 최종 코팅된 전극의 두께는 200um 였다.After the prepared binder suspension was first applied on one side of the copper current collector (8 μm-thick copper foil) through gravure coating, the negative electrode slurry was applied using a slot die, and proceeded in the same manner as in Example 1, A negative electrode, a positive electrode and a secondary battery were prepared. At this time, the thickness of the binder suspension applied through the gravure coating was 2um (based on the thickness after drying when the binder suspension was applied alone), and the thickness of the final coated electrode was 200um.
건조가 완료된 음극을 압연(압연밀도: 1.68 g/cm3)하여 집전체 음극 활물질층이 형성된 음극을 제조하였다.The dried negative electrode was rolled (rolling density: 1.68 g/cm 3 ) to prepare a negative electrode having a current collector negative active material layer formed thereon.
* 전극 활물질층과 집전체의 계면 접착력 평가* Evaluation of interfacial adhesion between electrode active material layer and current collector
전극 활물질층과 집전체 간 계면 접착력 평가를 평가예 2와 동일하게 진행하였다. 측정된 90° 굽힘 접착력과 전극에서 분리되는 위치를 하기 표 6에 나타내었다.Evaluation of interfacial adhesion between the electrode active material layer and the current collector was performed in the same manner as in Evaluation Example 2. The measured 90 ° bending adhesive force and the position of separation from the electrode are shown in Table 6 below.
(N/cm)adhesion
(N/cm)
(um)Average separation position (t 1 )
(um)
(t2, D50) (um)active material particle size
(t 2 , D50) (um)
(um) 5 ×t2
(um)
(um) 8 ×t2
(um)
(상기 표 6에서, t2는 혼합된 음극 활물질 중 대입경 음극 활물질의 입자 크기(D50) 이다.)(In Table 6, t 2 is the particle size (D50) of the negative electrode active material with a large particle size among the mixed negative electrode active materials.)
표 6을 참고하면, 본 발명에 의한 전극은 접착력 측정 시 집전체에 활물질이 '층' 형태로 잔류된 상태로 분리되기 때문에 항상 1.0 x t2 이상의 두께를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 평균 분리위치가 바람직한 범위에 해당되는 실시예1이 실시예10~11 대비 더 우수한 접착력을 나타냄을 확인하였다.Referring to Table 6, it was confirmed that the electrode according to the present invention always has a thickness of 1.0 xt 2 or more because the active material is separated in a state in which the active material remains in the form of a 'layer' on the current collector when the adhesive strength is measured. In addition, it was confirmed that Example 1, in which the average separation position was within the preferred range, exhibited better adhesive strength than Examples 10 to 11.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art to which the present invention belongs can understand the technical spirit of the present invention. However, it will be understood that it may be embodied in other specific forms without changing its essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.
1: 집전체
3: 바인더층
5: 전극 활물질층
11: 바인더 1: current collector
3: binder layer
5: electrode active material layer
11: binder
Claims (17)
상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 전극 활물질층을 포함하고,
하기 관계식 1을 만족하며,
전극의 두께 방향으로 연속적인 바인더 농도를 갖되,
상기 전극 활물질층은 총 중량에 대하여 상기 바인더를 0.1 내지 2 중량% 포함하는, 이차전지용 전극:
[관계식 1]
t2 ≤ t1 ≤ 8×t2
상기 관계식 1에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.current collector; and
Including an electrode active material layer located on at least one surface of the current collector,
Satisfies the following relational expression 1,
Having a continuous binder concentration in the thickness direction of the electrode,
The electrode active material layer contains 0.1 to 2% by weight of the binder based on the total weight, a secondary battery electrode:
[Relationship 1]
t 2 ≤ t 1 ≤ 8×t 2
In the relational expression 1, t 1 is the thickness of the electrode active material layer excluding the current collector on the side close to the current collector based on the position where the electrode is separated from the inside of the electrode active material layer when measuring the 90 ° bending adhesive force of the electrode, and t 2 is the electrode active material layer thickness. It is the particle size (D50) of the electrode active material included in the active material layer.
상기 전극은 하기 관계식 2를 더 만족하는, 이차전지용 전극:
[관계식 2]
1.5×t2 ≤ t1 ≤ 5×t2
상기 관계식 2에서, t1은 상기 전극의 90o 굽힘 접착력 측정시 상기 전극 활물질층 내부에서 분리되는 위치를 기준으로 집전체에 가까운 쪽의 집전체를 제외한 전극 활물질층 두께이고, t2는 상기 전극 활물질층에 포함되는 전극 활물질의 입자 크기(D50)이다.According to claim 1,
The electrode further satisfies the following relational expression 2, a secondary battery electrode:
[Relationship 2]
1.5×t 2 ≤ t 1 ≤ 5×t 2
In the relational expression 2, t 1 is the thickness of the electrode active material layer excluding the current collector on the side close to the current collector based on the position where the electrode is separated from the inside of the electrode active material layer when the 90 ° bending adhesive force of the electrode is measured, and t 2 is the electrode active material layer thickness. It is the particle size (D50) of the electrode active material included in the active material layer.
상기 전극 활물질층은 스티렌 부타디엔 러버(Styrene butadiene rubber, SBR)계 바인더를 포함하는, 이차전지용 전극.According to claim 1,
The electrode active material layer includes a styrene butadiene rubber (SBR)-based binder, a secondary battery electrode.
상기 전극은 하기 관계식 3을 더 만족하는, 이차전지용 전극:
[관계식 3]
0.25 ≤ b2/b1 < 0.7
상기 관계식 3에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.According to claim 1,
The electrode further satisfies the following relational expression 3, a secondary battery electrode:
[Relationship 3]
0.25 ≤ b 2 /b 1 < 0.7
In the relational expression 3, when the binder distribution is measured in the thickness direction of the electrode active material layer, b 1 is the weight of the binder in the entire electrode active material layer, and b 2 is the binder in the 15% area of the total thickness of the electrode active material layer from the current collector is the weight of
상기 전극은 하기 관계식 4를 더 만족하는, 이차전지용 전극:
[관계식 4]
0.3 ≤ b2/b1 < 0.5
상기 관계식 4에서, 상기 전극 활물질층 두께 방향으로 바인더 분포 측정 시, b1은 상기 전극 활물질층 전체에서 바인더의 중량이며, b2는 상기 집전체로부터 상기 전극 활물질층 총 두께의 15% 영역에서 바인더의 중량이다.According to claim 5,
The electrode further satisfies the following relational expression 4, a secondary battery electrode:
[Relationship 4]
0.3 ≤ b 2 /b 1 < 0.5
In the relational expression 4, when measuring the distribution of the binder in the thickness direction of the electrode active material layer, b 1 is the weight of the binder in the entire electrode active material layer, and b 2 is the binder in the 15% area of the total thickness of the electrode active material layer from the current collector is the weight of
상기 전극은 하기 관계식 5를 더 만족하는, 이차전지용 전극:
[관계식 5]
-30% ≤ (C-D)/D ≤ +30%
상기 관계식 5에서, C는 전극 활물질층의 폭 방향에서 선택되는 임의의 위치에서 측정된 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력이고, D는 상기 집전체와 전극 활물질층 간 계면 접착력의 평균값이다.According to claim 1,
The electrode further satisfies the following relational expression 5, a secondary battery electrode:
[Relationship 5]
-30% ≤ (CD)/D ≤ +30%
In Equation 5, C is the interfacial adhesive force between the current collector and the electrode active material layer measured at an arbitrary position selected in the width direction of the electrode active material layer, and D is the average value of the interfacial adhesive force between the current collector and the electrode active material layer.
상기 전극은 음극인, 이차전지용 전극.According to claim 1,
The electrode is a negative electrode, an electrode for a secondary battery.
b) 상기 바인더 현탁액 상부에 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계의 결과물을 건조하는 단계를 포함하고,
상기 a) 및 b) 단계는 동시에 수행되거나 또는 순차적으로 수행되며,
상기 바인더 현탁액은 활물질 및 도전재를 미포함하고,
상기 바인더 현탁액은, 고형분 총량에 대하여 바인더를 30 중량% 이상 포함하며, 상기 전극 슬러리는, 고형분 총량에 대하여 바인더를 2 중량% 이하 포함하고,
전극의 두께 방향으로 연속적인 바인더 농도를 갖되,
상기 c) 단계의 건조된 전극 활물질층 총 중량에 대하여 상기 바인더를 0.1 내지 2 중량% 포함하는, 이차전지용 전극의 제조방법.a) applying a binder suspension to at least one surface of the current collector;
b) applying an electrode slurry containing an electrode active material on top of the binder suspension; and
c) drying the product of step b);
Steps a) and b) are performed simultaneously or sequentially,
The binder suspension does not contain an active material and a conductive material,
The binder suspension contains 30% by weight or more of a binder based on the total solid content, and the electrode slurry contains 2% by weight or less of a binder based on the total solid content,
Having a continuous binder concentration in the thickness direction of the electrode,
A method of manufacturing a secondary battery electrode comprising 0.1 to 2% by weight of the binder based on the total weight of the electrode active material layer dried in step c).
상기 a) 단계는 집전체의 일면에 바인더 현탁액을 균일하게 도포하는 것인, 이차전지용 전극의 제조방법.According to claim 10,
Wherein step a) is to uniformly apply the binder suspension on one surface of the current collector, a method for manufacturing a secondary battery electrode.
상기 a) 단계에서 상기 바인더 현탁액의 도포 두께는 0.1 내지 10㎛인, 이차전지용 전극의 제조방법.According to claim 10,
In step a), the coating thickness of the binder suspension is 0.1 to 10 μm, a method for producing a secondary battery electrode.
상기 c) 단계는 50 내지 200℃의 온도에서 30 내지 300초 동안 수행되는, 이차전지용 전극의 제조 방법.According to claim 10,
Step c) is performed at a temperature of 50 to 200 ° C. for 30 to 300 seconds, a method for manufacturing a secondary battery electrode.
상기 c) 단계는 80 내지 130℃의 온도에서 30 내지 300초 동안 수행되는, 이차전지용 전극의 제조 방법.According to claim 10,
Step c) is performed at a temperature of 80 to 130 ° C. for 30 to 300 seconds, a method for manufacturing a secondary battery electrode.
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