KR20240144828A - Preparation method of dry electrode, Preparation device of dry electrode, Dry electrode and Lithium battery - Google Patents
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Abstract
금속층을 제1 속도(V1)로 제공하는 단계; 건식 전극필름을 제2 속도로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 상기 제2 속도에 비하여 더 작은 제3 속도로 제공하는 단계; 및 상기 금속층의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 상기 건식 전극필름을 배치하여 건식 전극활물질층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 건식 전극필름을 상기 제2 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 배치되고, 상기 건식 전극필름을 상기 제3 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 미배치되는(undisposed), 건식 전극 제조방법, 전식 전극 제조장치, 건식 전극 및 리튬전지가 제공된다.A method for manufacturing a dry electrode, an electrode manufacturing device, a dry electrode, and a lithium battery are provided, comprising: a step of providing a metal layer at a first speed (V1); a step of providing a dry electrode film at a second speed and intermittently providing the dry electrode film at a third speed that is lower than the second speed; and a step of intermittently disposing the dry electrode film on one or both surfaces of the metal layer to form a dry electrode active material layer, wherein the dry electrode film is disposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the second speed, and the dry electrode film is undisposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the third speed.
Description
건식 전극 제조방법, 건식 전극 제조장치, 건식 전극 및 리튬전지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a dry electrode, a dry electrode manufacturing device, a dry electrode, and a lithium battery.
각종 기기의 소형화, 고성능화에 부합하기 위하여 리튬전지의 소형화, 경량화 외에 고에너지밀도화가 중요해지고 있다. 즉, 고용량의 리튬전지가 중요해지고 있다.In order to meet the miniaturization and high performance of various devices, in addition to miniaturization and weight reduction of lithium batteries, high energy density is becoming important. In other words, high-capacity lithium batteries are becoming important.
용매를 포함하는 슬러리로부터 제조되는 전극은 전극 제조 시에 과량의 용매를 사용하므로 이러한 유기 용매의 사용을 배제하는 건식 방법이 검토되고 있다.Since electrodes manufactured from slurries containing solvents use excessive solvents during electrode manufacturing, dry methods that exclude the use of such organic solvents are being considered.
한 측면은 전극집전체 상에 전극활물질층을 간헐적으로 코팅하는 건식 전극 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a method for manufacturing a dry electrode by intermittently coating an electrode active material layer on an electrode current collector.
다른 한 측면은 전극집전체 상에 전극활물질층을 간헐적으로 코팅하는 건식 전극 제조장치를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a dry electrode manufacturing device that intermittently coats an electrode active material layer on an electrode current collector.
다른 한 측면은 상기 방법으로 제조된 건식 전극을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a dry electrode manufactured by the above method.
다른 한 측면은 상기 건식 전극을 포함하는 리튬전지를 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a lithium battery comprising the above dry electrode.
한 측면에 따라,On one side,
금속층을 제1 속도로 제공하는 단계;A step of providing a metal layer at a first speed;
건식 전극필름을 제2 속도로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 상기 제2 속도에 비하여 더 작은 제3 속도로 제공하는 단계; 및A step of providing a dry electrode film at a second speed and intermittently providing a third speed that is lower than the second speed; and
상기 금속층의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 상기 건식 전극필름을 배치하여 건식 전극활물질층을 형성하는 단계를 포함하며,A step of intermittently disposing the dry electrode film on one or both sides of the metal layer to form a dry electrode active material layer,
상기 건식 전극필름을 상기 제2 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 배치되고,While providing the dry electrode film at the second speed, the dry electrode film is disposed on the metal layer,
상기 건식 전극필름을 상기 제3 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 미배치되는(undisposed), 건식 전극 제조방법이 제공된다.A method for manufacturing a dry electrode is provided, wherein the dry electrode film is undisposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the third speed.
다른 한 측면에 따라,On the other hand,
서로 이격되어 배치되는 제1 라미네이터롤과 제2 라미네이터롤을 포함하며,It includes a first laminator roll and a second laminator roll which are arranged spaced apart from each other,
상기 제1 라미네이터롤과 제2 라미네이터롤 중 하나 이상이 제2 회전 주변 속도를 가지며, 간헐적으로 제2 회전 주변 속도에 비하여 작은 제3 회전 주변 속도를 가지도록 구성되거나 구동되며,At least one of the first laminator roll and the second laminator roll has a second rotational peripheral speed and is configured or driven to intermittently have a third rotational peripheral speed that is smaller than the second rotational peripheral speed,
상기 제1 라미네이터롤과 상기 제2 라미네이터롤이 서로 반대 회전 방향을 가지는, 건식 전극 제조장치가 제공된다.A dry electrode manufacturing device is provided, wherein the first laminator roll and the second laminator roll have opposite rotation directions.
다른 한 측면에 따라,On the other hand,
상기에 따른 방법으로 제조된 건식 전극이 제공된다.A dry electrode manufactured by the above method is provided.
다른 한 측면에 따라,On the other hand,
상기에 따른 건식 전극을 포함하는 리튬전지가 제공된다.A lithium battery including a dry electrode according to the above is provided.
한 측면에 따르면, 전극집전체 상에 건식 전극필름을 간헐적으로 공급함에 의하여 전극집전체 상에 전극활물질층을 간헐적으로 코팅한 건식 전극을 용이하게 제공할 수 있다.According to one aspect, a dry electrode having an electrode active material layer intermittently coated on an electrode current collector can be easily provided by intermittently supplying a dry electrode film on an electrode current collector.
도 1a 내지 1d는 실시예 1에 따른 건식 전극필름을 사용하는 건식 전극의 제조방법을 보여주는 개략도이다.
도 1e는 실시예 1에서 사용된 알루미늄 박막의 평면도이다.
도 1f는, 실시예 1에서 제조된 건식 전극의 평면도이다.
도 2는 비교예 2에 따른 건식 분말을 사용하는 건식 전극의 제조방법을 보여주는 개략도이다.
도 3은 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 4는 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
도 5는 일구현예에 따른 리튬전지의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1a, 1b 리튬전지
2, 2a, 2b 음극
3, 3a, 3b 양극
4, 4a, 4b 세퍼레이터
5, 5a, 5b 전지케이스
6, 6a, 6b 캡 어셈블리
7, 7a, 7b 전지구조체
8a, 8b 전극 탭
10 제1 권취 롤
20a 제2-1 권취 롤
20b 제2-2 권취 롤
30a 제1 라미네이터 롤
30b 제2 라미네이터 롤
30 라미네이터 롤
40, 40a, 40b 가이드 롤
45 흡기구
50a, 50b, 50 나이프(knife)
60 제1 건식 혼합물
100a, 100b, 100 건식 전극 필름
150a, 150b, 150 중간층, 카본층
200 금속층, 전극집전체
300a, 300b, 300 건식 전극활물질층
400 건식 전극
500a 제1 영역
500b 제2 영역Figures 1a to 1d are schematic diagrams showing a method for manufacturing a dry electrode using a dry electrode film according to Example 1.
Figure 1e is a plan view of the aluminum thin film used in Example 1.
Figure 1f is a plan view of the dry electrode manufactured in Example 1.
Figure 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a dry electrode using a dry powder according to Comparative Example 2.
Figure 3 is a schematic diagram of a lithium battery according to an embodiment.
Figure 4 is a schematic diagram of a lithium battery according to an embodiment.
Figure 5 is a schematic diagram of a lithium battery according to an embodiment.
<Explanation of symbols for major parts of the drawing>
1, 1a,
3, 3a, 3b
5, 5a,
7, 7a, 7b battery structure 8a, 8b electrode tab
10 No. 1
20b 2-2
30b
40, 40a,
50a, 50b, 50
100a, 100b, 100
200 metal layer, electrode
400
이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present inventive concept described below can undergo various transformations and have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present inventive concept to specific embodiments, but should be understood to include all transformations, equivalents, or substitutes included in the technical scope of the present inventive concept.
이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.The terminology used below is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present creative idea. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. Hereinafter, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to indicate the presence of a feature, number, step, operation, component, part, ingredient, material or a combination thereof described in the specification, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, ingredients, materials or combinations thereof. The "/" used below may be interpreted as "and" or "or" depending on the context.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 명세서 및 도면에 있어서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성요소에 대하여는 동일한 부호를 참조하는 것으로 중복 설명을 생략한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thickness is shown enlarged or reduced. Similar parts are designated by the same drawing reference numerals throughout the specification. When a part such as a layer, film, region, or plate is referred to as being “on” or “over” another part throughout the specification, this includes not only the case where it is directly above the other part, but also the case where there is another part in between. The terms first, second, etc. may be used throughout the specification to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are referred to by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
본 개시에서 "건조" 또는 "건식"은 공정 용매 등의 용매와 의도적으로 접촉하지 않는 상태 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 상태를 의미한다. 예를 들어, 건식 도전재는 용매와 의도적으로 접촉하지 않은 도전재 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 도전재를 의미한다. 예를 들어, 건식 바인더는 용매와 의도적으로 접촉하지 않은 바인더 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 바인더를 의미한다. 예를 들어, 용매와 혼합되지 않으면서 상온에서 액체 상태의 바인더는 건식 바인더이다. 예를 들어, 건식 전극필름은 용매와 의도적으로 접촉하지 않은 전극필름 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 전극필름을 의미한다. 예를 들어, 건식 전극은 용매와 의도적으로 접촉하지 않은 전극 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 전극을 의미한다. 예를 들어, 건식 전극활물질층은 용매와 의도적으로 접촉하지 않은 전극활물질층 또는 용매를 의도적으로 포함하지 않는 전극활물질층을 의미한다.In the present disclosure, "dry" or "dry" means a state in which the conductive material is not intentionally in contact with a solvent such as a process solvent, or a state in which the conductive material is not intentionally in contact with a solvent. For example, a dry conductive material means a conductive material that is not intentionally in contact with a solvent or a conductive material that is not intentionally inclusive of a solvent. For example, a dry binder means a binder that is not intentionally in contact with a solvent or a binder that is not intentionally inclusive of a solvent. For example, a binder that is liquid at room temperature without being mixed with a solvent is a dry binder. For example, a dry electrode film means an electrode film that is not intentionally in contact with a solvent or an electrode film that is not intentionally inclusive of a solvent. For example, a dry electrode means an electrode that is not intentionally in contact with a solvent or an electrode that is not intentionally inclusive of a solvent. For example, a dry electrode active material layer means an electrode active material layer that is not intentionally in contact with a solvent or an electrode active material layer that is not intentionally inclusive of a solvent.
본 개시에서 입자의 "크기" 또는 "입경"는 입자가 구형인 경우 평균 직경을 나타내며 입자가 비구형인 경우에는 평균 장축 길이를 나타낸다. 입자의 입경은 입자 크기 분석기(particle size analyzer(PSA))를 이용하여 측정할 수 있다. 입자의 "입경"은 예를 들어 평균 입경이다. 평균 입경은, 예를 들어 메디안 입자 직경(D50)이다. 메디안 입자 직경(D50)은 예를 들어 레이저 회절법으로 측정되는 입자의 크기 분포에서 작은 입자 크기를 가지는 입자 측으로부터 계산하여 50% 누적 부피에 해당하는 입자의 크기이다.In the present disclosure, the "size" or "particle diameter" of a particle refers to the average diameter when the particle is spherical, and the average major axis length when the particle is non-spherical. The particle diameter of a particle can be measured using a particle size analyzer (PSA). The "particle diameter" of a particle is, for example, the average particle diameter. The average particle diameter is, for example, the median particle diameter (D50). The median particle diameter (D50) is the size of a particle corresponding to 50% of the cumulative volume, calculated from the side of particles having a small particle size in a size distribution of particles measured by, for example, laser diffraction.
본 개시에서 "금속"은 원소 상태 또는 이온 상태에서, 금속과 규소 및 게르마늄과 같은 준금속(metalloid)을 모두 포함한다.As used herein, “metal” includes both metals and metalloids such as silicon and germanium, in either an elemental or ionic state.
본 개시에서 "합금"은 둘 이상의 금속의 혼합물을 의미한다.As used herein, “alloy” means a mixture of two or more metals.
본 개시에서 "양극활물질"은 리튬화 및 탈리튬화를 겪을 수 있는 양극 재료를 의미한다.In the present disclosure, “positive electrode active material” means a positive electrode material capable of undergoing lithiation and delithiation.
본 개시에서 "음극활물질"은 리튬화 및 탈리튬화를 겪을 수 있는 음극 재료를 의미한다.In the present disclosure, “negative electrode active material” means a negative electrode material capable of undergoing lithiation and delithiation.
본 개시에서 "리튬화" 및 "리튬화하다"는 리튬을 양극활물질 또는 음극활물질에 부가하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “lithiation” and “lithiate” mean a process of adding lithium to a positive electrode active material or a negative electrode active material.
본 개시에서 "탈리튬화" 및 "탈리튬화하다"는 양극활물질 또는 음극활물질로부터 리튬을 제거하는 과정을 의미한다.In the present disclosure, “delithiation” and “delithiate” mean a process of removing lithium from a positive electrode active material or a negative electrode active material.
본 개시에서 "충전" 및 "충전하다"는 전지에 전기화학적 에너지를 제공하는 과정을 의미한다.In this disclosure, “charging” and “charging” mean a process of providing electrochemical energy to a battery.
본 개시에서 "방전" 및 "방전하다"는 전지로부터 전기화학적 에너지를 제거하는 과정을 의미한다.In this disclosure, “discharging” and “discharging” mean the process of removing electrochemical energy from a battery.
본 개시에서 "양극" 및 "캐소드"는 방전 과정 동안에 전기화학적 환원 및 리튬화가 일어나는 전극을 의미한다.In the present disclosure, “positive electrode” and “cathode” mean an electrode at which electrochemical reduction and lithiation occur during a discharge process.
본 개시에서 "음극" 및 "애노드"는 방전 과정 동안에 전기화학적 산화 및 탈리튬화가 일어나는 전극을 의미한다.In the present disclosure, “cathode” and “anode” mean electrodes at which electrochemical oxidation and delithiation occur during a discharge process.
이하에서 예시적인 구현예들에 따른 건식 전극 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Below, a method for manufacturing a dry electrode according to exemplary embodiments is described in more detail.
일 구현예에 따른 건식 전극 제조방법은, 금속층을 제1 속도로 제공하는 단계; 건식 전극필름을 제2 속도로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 상기 제2 속도에 비하여 더 작은 제3 속도로 제공하는 단계; 및 상기 금속층의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 상기 건식 전극필름을 배치하여 건식 전극활물질층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 건식 전극필름을 상기 제2 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 배치되고, 상기 건식 전극필름을 상기 제3 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 미배치된다(undisposed).A method for manufacturing a dry electrode according to one embodiment comprises the steps of: providing a metal layer at a first speed; providing a dry electrode film at a second speed and intermittently providing the dry electrode film at a third speed that is lower than the second speed; and intermittently disposing the dry electrode film on one or both sides of the metal layer to form a dry electrode active material layer, wherein the dry electrode film is disposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the second speed, and the dry electrode film is undisposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the third speed.
금속층의 일면 또는 양면 상에 건식 전극필름을 금속층의 공급 속도와 실질적으로 동일한 속도로 공급하면서 간헐적으로 금속층의 공급 속도에 비하여 더 작은 공급 속도로 공급 속도를 감소시킴에 의하여 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 건식 전극활물질층이 불연속적으로 또는 간헐적으로 배치됨에 의하여 서로 이격되어 배치되는 복수의 건식 전극활물질층과 상기 복수의 건식 전극활물질층 사이에 배치되는 무지부를 포함하는 건식 전극을 용이하게 제조할 수 있다. 건식 전극필름이 공급되는 속도를 조절함에 의하여 금속층 상에 배치되는 건식 전극활물질층의 길이 및/또는 인접한 건식 전극활물질층 사이의 거리를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 금속층 상에 다양한 패턴의 건식 전극활물질층을 도입할 수 있다.By supplying a dry electrode film on one or both sides of a metal layer at a speed substantially the same as the supply speed of the metal layer and intermittently reducing the supply speed to a lower supply speed than the supply speed of the metal layer, a dry electrode including a plurality of dry electrode active material layers spaced apart from each other and a non-conductive region disposed between the plurality of dry electrode active material layers can be easily manufactured by discontinuously or intermittently disposing dry electrode active material layers on one or both sides of a metal layer (200). By controlling the speed at which the dry electrode film is supplied, the length of the dry electrode active material layer disposed on the metal layer and/or the distance between adjacent dry electrode active material layers can be easily controlled. In addition, various patterns of dry electrode active material layers can be introduced on the metal layer.
이에 반해, 종래의 건식 전극 제조방법은 전극집전체의 일면 또는 양면 상에 건식 전극필름을 연속으로 배치한 후, 건식 전극필름의 일부를 제거함에 의하여 복수의 건식 전극활물질층 사이에 전극집전체가 노출되는 무지부를 도입한다. 따라서, 건식 전극필름을 제거하는 단계를 추가적으로 포함함에 의하여 건식 전극 제조 공정이 복잡해진다. 또한, 예를 들어 레이저 등에 의하여 전식 전극 필름의 일부를 제거하는 건식 전극에서 건식 전극활물질층과 집전체 사이에 버(burr) 및/또는 함몰부 등의 결함(defect)이 도입될 수 있다. 이러한 결함을 포함하는 건식 전극을 구비한 리튬전지의 충방전 시에 이러한 결함으로부터 부반응이 증가함에 의하여 리튬전지의 사이클 특성이 저하될 수 있다.In contrast, a conventional dry electrode manufacturing method sequentially arranges a dry electrode film on one or both sides of an electrode current collector, and then removes a portion of the dry electrode film to introduce a non-conductive portion in which the electrode current collector is exposed between a plurality of dry electrode active material layers. Therefore, the dry electrode manufacturing process becomes complicated by additionally including a step of removing the dry electrode film. In addition, for example, in a dry electrode in which a portion of the electrochemical electrode film is removed using a laser or the like, defects such as burrs and/or depressions may be introduced between the dry electrode active material layer and the current collector. When a lithium battery equipped with a dry electrode including such defects is charged and discharged, side reactions due to such defects may increase, which may deteriorate the cycle characteristics of the lithium battery.
도면을 참조하여 일 구현예에 따른 건식 전극 제조방법에 대하여 설명한다.A method for manufacturing a dry electrode according to an embodiment of the present invention is described with reference to the drawings.
건식 전극(400) 제조방법은, 금속층(200)을 제1 속도(V1)로 제공하는 단계; 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 제2 속도(V2)에 비하여 더 작은 제3 속도(V3)로 제공하는 단계; 및 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치하여 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성하는 단계를 포함한다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치된다. 한편, 건식 전극필름을 상기 제3 속도(V3)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 미배치된다.A method for manufacturing a dry electrode (400) includes: a step of providing a metal layer (200) at a first speed (V1); a step of providing a dry electrode film (100, 100a, 100b) at a second speed (V2) and intermittently providing a third speed (V3) lower than the second speed (V2); and a step of intermittently disposing the dry electrode film (100, 100a, 100b) on one or both sides of the metal layer (200) to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b). While the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at the second speed (V2), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is disposed on the metal layer (200). Meanwhile, while the dry electrode film is provided at the third speed (V3), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is not placed on the metal layer (200).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 먼저, 금속층(200)을 제1 속도(V1)로 제공한다.Referring to FIGS. 1A to 1D, first, a metal layer (200) is provided at a first speed (V1).
금속층(200)은 예를 들어 제1 권취 롤(10)에 권취된 후 제1 권취 롤(10)로부터 연속적으로 제1 속도(V1)로 제공된다.The metal layer (200) is, for example, wound on a first winding roll (10) and then continuously provided from the first winding roll (10) at a first speed (V1).
금속층(200)은 예를 들어 일정한 속도로 제공될 수 있다. 금속층(200)이 제공되는 속도는 예를 들어 건식 전극(400)의 제조 속도일 수 있다. 금속층(200)이 제공되는 속도는 요구되는 건식 전극(400)의 제조 속도에 따라 조절될 수 있다. 금속층(200)은 예를 들어 전극집전체이다.The metal layer (200) may be provided at a constant rate, for example. The rate at which the metal layer (200) is provided may be, for example, the manufacturing rate of the dry electrode (400). The rate at which the metal layer (200) is provided may be adjusted according to the required manufacturing rate of the dry electrode (400). The metal layer (200) is, for example, an electrode current collector.
이어서, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 상기 제2 속도(V2)에 비하여 더 작은 제3 속도(V3)로 제공한다.Next, the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at a second speed (V2) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is intermittently provided at a third speed (V3) which is lower than the second speed (V2).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 제2-1 권취 롤(20a)에 권취된 후 제2-1 권취 롤(20a)로부터 제2 속도(V2)로 제공된다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제2 속도(V2)로 제공되는 동안 간헐적으로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제3 속도(V3)로 감소되어 제공된다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 제2-1 권취 롤(20a)로부터 제2 속도(V2) 및 제3 속도(V3)의 이러한 순서로 순차적으로 교대로 제공될 수 있다. 건식 건극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 제2 속도(V2)로 제공되고, 이어서 제3 속도(V3)로 감속되어 제공되고, 이어서 제2 속도(V2)로 증속되어 제공되는 사이클을 포함하며, 이러한 사이클이 복수 회 반복될 수 있다. 결과적으로, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 속도가 제2 속도(V2)와 제3 속도(V3)로 교대로 변경될 수 있다. 금속층(200)을 제공하는 제1 속도(V1)는 예를 들어 상기 건식 전극(400)을 제공하는 속도일 수 있다. 금속층(200)을 제공하는 제1 속도(V1)는 특별히 한정되지 않으며 요구되는 조건에 따라 변경될 수 있다. 제1 속도(V1)는 예를 들어 0.001 m/s 내지 10 m/s, 0.01 m/s 내지 10 m/s, 0.1 m/s 내지 10 m/s 또는 0.1 m/s 내지 1m/s 일 수 있다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) is, for example, wound on the 2-1 winding roll (20a) and then provided from the 2-1 winding roll (20a) at a second speed (V2). While the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at the second speed (V2), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is intermittently provided at a reduced third speed (V3). The dry electrode film (100, 100a, 100b) may be sequentially and alternately provided in this order of the second speed (V2) and the third speed (V3) from the 2-1 winding roll (20a), for example. The dry electrode film (100, 100a, 100b) includes a cycle in which, for example, it is provided at a second speed (V2), then decelerated to a third speed (V3), then increased to the second speed (V2), and then provided, and this cycle can be repeated multiple times. As a result, the speed at which the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided can be alternately changed between the second speed (V2) and the third speed (V3). The first speed (V1) at which the metal layer (200) is provided can be, for example, the speed at which the dry electrode (400) is provided. The first speed (V1) at which the metal layer (200) is provided is not particularly limited and can be changed according to required conditions. The first velocity (V1) can be, for example, 0.001 m/s to 10 m/s, 0.01 m/s to 10 m/s, 0.1 m/s to 10 m/s or 0.1 m/s to 1 m/s.
금속층(200)을 제공하는 제1 속도(V1)는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 제2 속도(V2)와 서로 동일할 수 있다. 제2 속도(V2)는 예를 들어, 제1 속도(V1)의 95 내지 105 %, 97 내지 103 %, 99 내지 101 % 또는 100 % 일 수 있다. 제1 속도(V1)와 제2 속도(V2)는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 포함하는 리튬전지의 물성을 저하시키지 않는 범위 내에서 조절될 수 있다.The first speed (V1) providing the metal layer (200) may be, for example, the same as the second speed (V2) providing the dry electrode film (100, 100a, 100b). The second speed (V2) may be, for example, 95 to 105 %, 97 to 103 %, 99 to 101 %, or 100 % of the first speed (V1). The first speed (V1) and the second speed (V2) may be controlled within a range that does not deteriorate the properties of the lithium battery including the dry electrode film (100, 100a, 100b).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 제3 속도(V3)는 제2 속도(V2)의 0 % 내지 100 % 미만, 10 % 내지 100% 미만, 10 % 내지 90 %, 10 % 내지 80 %, 20 % 내지 80 %, 20 % 내지 70 % 또는 30 % 내지 70 % 일 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 금속층(200) 상에 이러한 범위의 제3 속도(V3)로 공급됨에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치되지 않는 무지부가 간헐적으로 용이하게 도입될 수 있다. 결과적으로, 이러한 구조를 가지는 건식 전극(400)으로부터 리튬전지를 제조하는 과정에서 결함 형성 가능성이 감소함에 의하여 이러한 건식 전극을 구비한 리튬전지의 사이클 특성이 더욱 향상될 수 있다.The third speed (V3) providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be 0% to less than 100%, 10% to less than 100%, 10% to 90%, 10% to 80%, 20% to 80%, 20% to 70%, or 30% to 70% of the second speed (V2). Since the dry electrode film (100, 100a, 100b) is supplied onto the metal layer (200) at the third speed (V3) in this range, a non-coated portion on the metal layer (200) where the dry electrode film (100, 100a, 100b) is not disposed can be intermittently and easily introduced. As a result, the possibility of defect formation is reduced during the process of manufacturing a lithium battery from a dry electrode (400) having such a structure, thereby further improving the cycle characteristics of a lithium battery equipped with such a dry electrode.
제3 속도(V3)가 제2 속도(V2)에 너무 근접하면 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 공급 속도에 변화가 작으므로 무지부의 도입이 용이하지 않고 다양한 패턴을 도입하기 어려울 수 있다. 제3 속도(V3)가 제2 속도(V2)에 비하여 지나치게 작으면 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b) 사이의 간격이 지나치게 증가함에 의하여 금속층(200)의 활용도가 지나치게 저하될 수 있다.If the third speed (V3) is too close to the second speed (V2), the change in the supply speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) is small, so that it is not easy to introduce a non-conductive region and it may be difficult to introduce various patterns. If the third speed (V3) is too small compared to the second speed (V2), the gap between the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) may increase excessively, so that the utilization of the metal layer (200) may be excessively reduced.
또한, 제3 속도(V3)를 조절함에 의하여 연속 공정에서 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b) 사이에 다양한 간격을 가지는 무지부를 간헐적으로 용이하게 도입할 수 있다. 따라서, 하나의 전극 제조 공정에서 다양한 패턴을 가지는 전극을 연속적으로 제조할 수 있으므로 전극 제조 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by controlling the third speed (V3), it is possible to intermittently and easily introduce a non-conductive region having various gaps between the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) in a continuous process. Accordingly, electrodes having various patterns can be continuously manufactured in one electrode manufacturing process, thereby improving the electrode manufacturing efficiency.
다음으로, 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치하여 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성한다.Next, a dry electrode film (100, 100a, 100b) is intermittently placed on one or both sides of the metal layer (200) to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b).
예를 들어, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치된다.For example, a dry electrode film (100, 100a, 100b) is placed on a metal layer (200) while providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) at a second speed (V2).
금속층(200)을 제공하는 제1 속도(V1)와 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 제2 속도(V2)가 예를 들어 동일한 제1 속도(V1)를 가짐에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치하여 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성할 수 있다.By having the first speed (V1) for providing the metal layer (200) and the second speed (V2) for providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) have the same first speed (V1), for example, the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be disposed on the metal layer (200) to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b).
예를 들어, 일정한 간격으로 이격된 한 쌍의 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제1 권취 롤(10)로부터 제1 속도(V1)로 공급되는 금속층(200)을 통과시킨다. 그리고, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 제2 속도(V2)로 공급되는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제1 라미네이터 롤(30a)까지 공급된 후, 제1 라미네이터 롤(30a)에 의하여 금속층(200)의 일면 상에 배치되어 건식 전극활물질층(300a)을 형성할 수 있다.For example, a metal layer (200) supplied from a first take-up roll (10) at a first speed (V1) is passed between a pair of first laminator rolls (30a) and second laminator rolls (30b) spaced apart at a regular interval. Then, a dry electrode film (100, 100a, 100b) supplied from a second-first take-up roll (20a) at a second speed (V2) is supplied to the first laminator roll (30a), and then disposed on one surface of the metal layer (200) by the first laminator roll (30a) to form a dry electrode active material layer (300a).
간헐적으로, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제3 속도(V3)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치되지 않는다(undisposed).Intermittently, while providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) at a third speed (V3), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is not disposed on the metal layer (200).
금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되고 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 예를 들어 제2 속도(V2)에 비하여 낮은 제3 속도(V3)로 제공됨에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치되지 않을 수 있다. 금속층(200)을 제공하는 제1 속도(V1)는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 제3 속도(V3)에 비하여 높은 속도이다.Since the metal layer (200) is provided at a first speed (V1) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at a third speed (V3) that is lower than, for example, the second speed (V2), the dry electrode film (100, 100a, 100b) may not be disposed on the metal layer (200). The first speed (V1) at which the metal layer (200) is provided is higher than, for example, the third speed (V3) at which the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 공급 속도가 제2 속도(V2)에서 제3 속도(V3)로 감소되면, 일정한 시간 간격 동안, 한 쌍의 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에서 금속층(200)의 이동 거리에 비하여 제1 라미네이터 롤(30a)로부터 금속층(200) 상에 공급되는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 이동 거리가 감소하므로, 이러한 이동 거리의 차이에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 포함하지 않는 무지부가 형성될 수 있다.When the supply speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) is reduced from the second speed (V2) to the third speed (V3), the movement distance of the dry electrode film (100, 100a, 100b) supplied from the first laminator roll (30a) onto the metal layer (200) is reduced compared to the movement distance of the metal layer (200) between the pair of first laminator rolls (30a) and second laminator rolls (30b) for a certain time interval, so that a non-coated portion not including the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be formed on the metal layer (200) due to the difference in the movement distance.
예를 들어, 일정한 간격으로 이격된 한 쌍의 제1 라미네이트 롤(30a) 및 제2 라미네이트 롤(30b) 사이에 제1 권취 롤(10)로부터 제1 속도(V1)로 공급되는 금속층(200)을 통과시키고, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 제2 속도(V2)로 공급되는 건식 전극필름(100a)을 제1 라미네이트 롤(30a)까지 공급한다. 이어서, 건식 전극필름(100a)을 제1 라미네이터 롤(30a)에 의하여 금속층(200)의 일면 상에 배치하여 건식 전극활물질층(300a)을 형성한다. 이어서, 제1 라미네이터 롤(30a)의 회전 속도를 감소시켜 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 공급 속도를 제3 속도(V3)로 감소시킴에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100a)이 공급되지 않는 영역, 즉 무지부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제3 속도(V3)를 0 으로 감소시키면, 제1 라미네이터롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이를 통과하는 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100a)의 공급이 차단되므로, 전식 전극필름(100a)의 공급을 차단하는 동안, 금속층(200) 상에 배치된 건식 전극활물질층(300a)을 포함하지 않는 무지부가 형성될 수 있다.For example, a metal layer (200) supplied from a first take-up roll (10) at a first speed (V1) is passed between a pair of first laminate rolls (30a) and second laminate rolls (30b) spaced apart at a regular interval, and a dry electrode film (100a) supplied from a second-first take-up roll (20a) at a second speed (V2) is supplied to the first laminate roll (30a). Then, the dry electrode film (100a) is disposed on one surface of the metal layer (200) by the first laminator roll (30a) to form a dry electrode active material layer (300a). Next, by reducing the rotation speed of the first laminator roll (30a) to reduce the supply speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) to a third speed (V3), an area where the dry electrode film (100a) is not supplied on the metal layer (200), i.e., a non-coated area, can be formed. For example, when the third speed (V3) is reduced to 0, the supply of the dry electrode film (100a) on the metal layer (200) passing between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) is cut off, so that while the supply of the electrochemical electrode film (100a) is cut off, an non-coated area that does not include the dry electrode active material layer (300a) disposed on the metal layer (200) can be formed.
이어서, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 제공 속도를 제2 속도(V2)로 다시 증가시킴에 의하여, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 금속층(200)의 제공 속도와 동일한 속도인 제2 속도(V2)로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치할 수 있다.Next, by increasing the speed of providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) to a second speed (V2) again, the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be disposed on the metal layer (200) while providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) at the second speed (V2) which is the same speed as the speed of providing the metal layer (200).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제3 속도(V3)로 공급하는 단계 후에, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 공급 속도가 제3 속도(V3)에서 제2 속도(V2)로 증가되면, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 금속층(200)과 동일한 제1 속도(V1)로 제공된다. 따라서, 동일한 제1 속도(V1)로 공급되는 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치하여 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다.After the step of supplying the dry electrode film (100, 100a, 100b) at the third speed (V3), when the supply speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) is increased from the third speed (V3) to the second speed (V2), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is supplied at the same first speed (V1) as the metal layer (200). Therefore, the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be disposed on the metal layer (200) supplied at the same first speed (V1) to form a dry electrode active material layer.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 공급하면서 간헐적으로 제3 속도(V3)로 공급함에 의하여 금속층(200) 상에 배치되는 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b) 사이에 간헐적으로 금속층(200)이 노출되는 무지부가 형성될 수 있다.By intermittently supplying the dry electrode film (100, 100a, 100b) at a second speed (V2) and at a third speed (V3), a non-coated region in which the metal layer (200) is intermittently exposed can be formed between the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) disposed on the metal layer (200).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 교대로 제2 속도(V2)와 제3 속도(V3)로 공급함에 의하여 금속층(200) 상에 복수의 건식 전극활물질층을 서로 이격하여 배치할 수 있다.By alternately supplying dry electrode films (100, 100a, 100b) at a second speed (V2) and a third speed (V3), a plurality of dry electrode active material layers can be arranged spaced apart from each other on a metal layer (200).
제3 속도(V3)를 조절함에 의하여 서로 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이의 간격을 조절할 수 있다. 결과적으로, 다양한 패턴을 가지는 건식 전극활물질층을 금속층(200) 상에 도입될 수 있다.By controlling the third speed (V3), the gap between the dry electrode active material layers that are arranged spaced apart from each other can be controlled. As a result, dry electrode active material layers having various patterns can be introduced onto the metal layer (200).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 자립막(self-standing film)일 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 지지체 없이 막(film) 형태를 유지할 수 있다. 자립막 형태의 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 사용함에 의하여, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 다양한 방향에서, 다양한 방식으로 제공할 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 자립막이므로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 별도의 지지체 없이 제공될 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 예를 들어 제2-1 권취롤(20a)과 가이드 롤(40a) 사이에 별도의 지지체 없이 연결될 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 자립막이므로 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 권취된 제2-1 권취롤(20a)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)이 합류하는 지점 사이의 거리가 자유롭게 선택될 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be, for example, a self-standing film. The dry electrode film (100, 100a, 100b) may, for example, maintain a film form without a support. By using the dry electrode film (100, 100a, 100b) in the form of a self-standing film, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be provided in various directions and in various ways. Since the dry electrode film (100, 100a, 100b) is a self-standing film, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be provided without a separate support. The dry electrode film (100, 100a, 100b) can be connected without a separate support, for example, between the 2-1 winding roll (20a) and the guide roll (40a). Since the dry electrode film (100, 100a, 100b) is a self-supporting film, the distance between the point where the dry electrode film (100, 100a, 100b) and the metal layer (200) join from the 2-1 winding roll (20a) on which the dry electrode film (100, 100a, 100b) is wound can be freely selected.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 길이 방향에 직교하는 방향(즉, 축방향)을 따라 도입되는 하나 이상의 절단선(CL, CL1, CL2)을 더 포함할 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)에 절단선(CL, CL1, CL2)이 도입됨에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 속도가 감소하는 영역에서 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 분리가 용이하게 수행될 수 있다. 절단선(CL, CL1, CL2)은 하나 또는 복수개 일 수 있다. 절단선(CL, CL1, CL2)은 예를 들어 1개일 수 있다. 절단선(CL, CL1, CL2)은 예를 들어 2개일 수 있다. 2개의 절단선(CL, CL1, CL2) 사이의 거리는 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b) 사이의 간격에 해당하는 거리일 수 있다. 인접한 2 개의 절단선(CL, CL1, CL2) 사이의 거리는 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 10 cm, 1 ㎛ 내지 5 cm, 10 ㎛ 내지 1 cm 또는 100 ㎛ 내지 1 cm 일 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1C, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may further include, for example, one or more cutting lines (CL, CL1, CL2) introduced along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the dry electrode film (100, 100a, 100b) (i.e., axial direction). By introducing the cutting lines (CL, CL1, CL2) into the dry electrode film (100, 100a, 100b), separation of the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be easily performed in a region where the speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) decreases. The number of cutting lines (CL, CL1, CL2) may be one or more. The number of cutting lines (CL, CL1, CL2) may be one, for example. The number of cutting lines (CL, CL1, CL2) can be, for example, two. The distance between the two cutting lines (CL, CL1, CL2) can be a distance corresponding to the spacing between the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b). The distance between two adjacent cutting lines (CL, CL1, CL2) can be, for example, 0.1 ㎛ to 10 cm, 1 ㎛ to 5 cm, 10 ㎛ to 1 cm, or 100 ㎛ to 1 cm.
절단선(CL, CL1, CL2)을 포함하는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 금속층(200) 상에 배치되기 전에 지지체에 의하여 지지될 수 있다. 지지체는 예를 들어 라미네이터 롤(30, 30a, 30b)일 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 지지하는 것이라면 모두 가능하다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 지지체에 의하여 지지되는 상태에서 예를 들어 나이프(50, 50a, 50b) 등에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 길이 방향에 직교하는 방향(즉, 축 방향)을 따라 절단하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)에 절단선(CL, CL1, CL2)을 도입할 수 있다. 절단선(CL, CL1, CL2)의 축 방향 길이는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 폭 방향 길이와 동일할 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 지지체 상에서 상기 절단선(CL, CL1, CL2)에 의하여 인접한 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 분리된 상태일 수 있다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) including the cutting lines (CL, CL1, CL2) may be supported by a support, for example, before being placed on the metal layer (200). The support may be, for example, a laminator roll (30, 30a, 30b), but is not necessarily limited thereto, and any support that supports the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be used. While the dry electrode film (100, 100a, 100b) is supported by a support, the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be cut along a direction orthogonal to the longitudinal direction (i.e., axial direction) of the dry electrode film (100, 100a, 100b) by, for example, a knife (50, 50a, 50b), thereby introducing cutting lines (CL, CL1, CL2) into the dry electrode film (100, 100a, 100b). The axial length of the cutting lines (CL, CL1, CL2) can be, for example, the same as the widthwise length of the dry electrode film (100, 100a, 100b). Dry electrode films (100, 100a, 100b) may be in a state where adjacent dry electrode films (100, 100a, 100b) are separated from each other by the cutting lines (CL, CL1, CL2) on the support.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 금속층(200)은 예를 들어 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 배치되는 중간층(150, 150a, 150b)(interlayer)을 더 포함할 수 있다. 금속층(200)을 제1 속도(V1)로 제공하는 단계가 금속층(200) 상에 중간층(150, 150a, 150b)(interlayer)을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1E, the metal layer (200) may further include, for example, an interlayer (150, 150a, 150b) disposed on one or both surfaces of the metal layer (200). The step of providing the metal layer (200) at the first speed (V1) may further include a step of disposing an interlayer (150, 150a, 150b) on the metal layer (200).
예를 들어, 금속층(200)을 제1 속도(V1)로 제공하는 단계 전에 또는 금속층(200)을 제1 속도(V1)로 제공하는 단계를 수행하는 동안 금속층(200) 상에 중간층(150, 150a, 150b)을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 금속층(200) 상에 중간층(150, 150a, 150b)을 추가적으로 배치함에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치되는 위치를 보다 용이하게 조절할 수 있다. 금속층(200) 상에 중간층(150, 150a, 150b)을 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 건식 방법, 습식 방법 등에 의하여 배치될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)은 금속층(200) 상에 간헐적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 중간층(150, 150a, 150b)이 금속층(200)의 길이 방향을 따라 간헐적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 중간층(150, 150a, 150b)이 금속층(200)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.For example, the step of disposing an intermediate layer (150, 150a, 150b) on the metal layer (200) may be further included before the step of providing the metal layer (200) at the first speed (V1) or while performing the step of providing the metal layer (200) at the first speed (V1). By additionally disposing the intermediate layer (150, 150a, 150b) on the metal layer (200), the position at which the dry electrode film (100, 100a, 100b) is disposed on the metal layer (200) can be more easily controlled. The method of disposing the intermediate layer (150, 150a, 150b) on the metal layer (200) is not particularly limited. The intermediate layer (150, 150a, 150b) may be disposed by, for example, a dry method, a wet method, etc. The intermediate layers (150, 150a, 150b) may be intermittently arranged on the metal layer (200). For example, the intermediate layers (150, 150a, 150b) may be intermittently arranged along the longitudinal direction of the metal layer (200). For example, the intermediate layers (150, 150a, 150b) may be arranged spaced apart at regular intervals along the longitudinal direction of the metal layer (200).
중간층(150, 150a, 150b)(interlayer)은 예를 들어 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 직접(directly) 배치된다. 따라서, 금속층(200)과 중간층(150, 150a, 150b) 사이에 다른 층이 배치되지 않을 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 직접 배치됨에 의하여 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 또는 금속층(200)과 건식 전극활물질층의 결착력이 더욱 향상될 수 있다.The interlayer (150, 150a, 150b) is, for example, directly disposed on one side or both sides of the metal layer (200). Therefore, another layer may not be disposed between the metal layer (200) and the interlayer (150, 150a, 150b). By directly disposing the interlayer (150, 150a, 150b) on one side or both sides of the metal layer (200), the bonding strength between the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) or the metal layer (200) and the dry electrode active material layer can be further improved.
금속층(200)은 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a) 및 상기 복수의 제1 영역(500a) 사이에 간헐적으로 배치되는 하나 이상의 제2 영역(500b)을 포함할 수 있다. 금속층(200)의 제1 영역(500a) 및 제2 영역(500b) 중에서 제1 영역(500a)에 선택적으로 중간층(150, 150a, 150b)이 배치될 수 있다. 금속층(200)의 제2 영역(500b)에 중간층(150, 150a, 150b)이 배치되지 않을(undisposed) 수 있다. 제2 영역(500b)은 중간층(150, 150a, 150b)이 배치되지 않으므로 금속층(200)이 노출되는 무지부이다. 중간층(150, 150a, 150b)이 상기 금속층(200)의 제1 영역(500a)에만 선택적으로 배치됨에 의하여 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 보다 용이하게 선택적으로 배치될 수 있다.The metal layer (200) may include, for example, a plurality of first regions (500a) spaced apart from each other along the longitudinal direction of the metal layer (200) and one or more second regions (500b) intermittently arranged between the plurality of first regions (500a). An intermediate layer (150, 150a, 150b) may be selectively arranged in the first region (500a) among the first regions (500a) and the second regions (500b) of the metal layer (200). The intermediate layer (150, 150a, 150b) may not be arranged (undisposed) in the second region (500b) of the metal layer (200). Since the intermediate layer (150, 150a, 150b) is not arranged in the second region (500b), the second region (500b) is a non-coated portion where the metal layer (200) is exposed. Since the intermediate layer (150, 150a, 150b) is selectively disposed only in the first region (500a) of the metal layer (200), the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be more easily selectively disposed on the metal layer (200).
도 1e를 참조하면, 제1 영역(500a)의 면적은 금속층(200) 전체 면적에 대하여 99.99 % 이하, 99.9 % 이하, 99 % 이하, 95 % 이하, 90 % 이하 또는 80 % 이하일 수 있다. 제1 영역(500a)의 면적은 금속층(200) 전체 면적에 대하여 10 내지 99.99 %, 30 내지 99.9 %, 50 내지 99 %, 50 내지 95 %, 50 내지 90 % 또는 50 내지 80 % 일 수 있다. 제1 영역(500a)이 이러한 범위의 면적을 가짐에 의하여 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Referring to FIG. 1e, the area of the first region (500a) may be 99.99% or less, 99.9% or less, 99% or less, 95% or less, 90% or less, or 80% or less of the total area of the metal layer (200). The area of the first region (500a) may be 10 to 99.99%, 30 to 99.9%, 50 to 99%, 50 to 95%, 50 to 90%, or 50 to 80% of the total area of the metal layer (200). When the first region (500a) has an area in this range, the energy density of the dry electrode may be improved.
제1 영역(500a)은 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 제1 영역(500a)이 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치됨에 의하여 인접한 제1 영역(500a) 사이를 절단하여 복수의 극판을 용이하게 제조할 수 있다.The first regions (500a) can be arranged spaced apart from each other, for example, along the longitudinal direction of the dry electrode. Since the first regions (500a) are arranged spaced apart from each other, for example, along the longitudinal direction of the metal layer (200), a plurality of electrode plates can be easily manufactured by cutting between adjacent first regions (500a).
제1 영역(500a)은 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 영역(500a)이 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 균일한 간격으로 이격되어 배치됨에 의하여, 균일한 크기를 가지는 극판을 용이하게 대량 제조할 수 있다.The first regions (500a) can be arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the metal layer (200), for example. Since the first regions (500a) are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the metal layer (200), for example, a plate having a uniform size can be easily mass-produced.
다르게는, 제1 영역(500a)은 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 불균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 영역(500a)이 예를 들어 금속층(200)의 길이 방향을 따라 불균일한 간격으로 이격되어 배치됨에 의하여, 다양한 패턴을 가지는 건식 전극이 제조될 수 있다.Alternatively, the first regions (500a) may be arranged at non-uniform intervals, for example, along the longitudinal direction of the metal layer (200). By arranging the first regions (500a) at non-uniform intervals, for example, along the longitudinal direction of the metal layer (200), dry electrodes having various patterns can be manufactured.
도 1e를 참조하면, 금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a)의 각각의 길이(L1)와 인접한 복수의 제1 영역(500a) 사이의 간격(L2)의 비율(L1/L2)는 예를 들어 10 내지 1000, 10 내지 500, 10 내지 200 또는 10 내지 100 일 수 있다. 금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a)의 각각의 길이(L1)와 인접한 복수의 제1 영역(500a) 사이의 간격(L2)이 이러한 범위의 비율을 가짐에 의하여 제조되는 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Referring to FIG. 1e, a ratio (L1/L2) of the length (L1) of each of the plurality of first regions (500a) spaced apart from each other along the longitudinal direction of the metal layer (200) and the spacing (L2) between adjacent plurality of first regions (500a) may be, for example, 10 to 1000, 10 to 500, 10 to 200, or 10 to 100. When the ratio of the length (L1) of each of the plurality of first regions (500a) spaced apart from each other along the longitudinal direction of the metal layer (200) and the spacing (L2) between adjacent plurality of first regions (500a) has this range, the energy density of the dry electrode manufactured can be improved.
금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a) 사이의 간격(L2)은 금속층(200)의 폭(W1)에 비하여 더 작을 수 있다.The spacing (L2) between a plurality of first regions (500a) spaced apart along the longitudinal direction of the metal layer (200) may be smaller than the width (W1) of the metal layer (200).
금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a) 사이의 간격(L2)과 금속층(200)의 폭(W1)의 비율(L2/W)은 예를 들어 0.01 내지 0.9, 0.01 내지 0.8, 0.01 내지 0.5, 0.01 내지 0.3 또는 0.01 내지 0.1 일 수 있다.The ratio (L2/W) of the spacing (L2) between the plurality of first regions (500a) spaced apart along the longitudinal direction of the metal layer (200) and the width (W1) of the metal layer (200) may be, for example, 0.01 to 0.9, 0.01 to 0.8, 0.01 to 0.5, 0.01 to 0.3, or 0.01 to 0.1.
금속층(200)의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 복수의 제1 영역(500a) 사이의 간격(L2)과 금속층(200)의 폭(W1)이 이러한 범위의 비율을 가짐에 의하여 제조되는 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.The energy density of the dry electrode manufactured by having a ratio of the spacing (L2) between a plurality of first regions (500a) spaced apart along the longitudinal direction of the metal layer (200) and the width (W1) of the metal layer (200) within this range can be improved.
도 1a, 도 1b 및 도 1d를 참조하면, 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 상기 제1 속도(V1)와 동일한 제2 속도(V2)로 제공되는 동안 제1 영역(500a)의 중간층(150, 150a, 150b) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 1a, 1b and 1d, a metal layer (200) may be provided at a first speed (V1) and a dry electrode film (100, 100a, 100b) may be disposed on an intermediate layer (150, 150a, 150b) of a first region (500a) while the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at a second speed (V2) that is the same as the first speed (V1).
도 1c를 참조하면, 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 상기 제1 속도(V1)에 비하여 낮은 제3 속도(V3)로 제공되는 동안 금속층(200)의 제2 영역(500b)에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 비배치될(undisposed) 수 있다. 예를 들어, 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 상기 제1 속도(V1)에 비하여 낮은 제3 속도(V3)로 제공되는 동안 금속층(200)의 제2 영역(500b)의 표면으로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 이격될 수 있다. 따라서, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 금속층(200)의 제2 영역(500b) 상에 배치되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 1c, while the metal layer (200) is provided at a first speed (V1) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at a third speed (V3) lower than the first speed (V1), the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be undisposed in the second region (500b) of the metal layer (200). For example, while the metal layer (200) is provided at a first speed (V1) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided at a third speed (V3) lower than the first speed (V1), the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be spaced from the surface of the second region (500b) of the metal layer (200). Therefore, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may not be disposed on the second region (500b) of the metal layer (200).
도 1f를 참조하면, 건식 전극활물질층(300b)의 전체 면적은 건식 전극(400) 전체 면적에 대하여 99.99 % 이하, 99.9 % 이하, 99 % 이하, 95 % 이하, 90 % 이하 또는 80 % 이하일 수 있다. 건식 전극활물질층(300b)의 전체 면적은 건식 전극(400) 전체 면적에 대하여 10 내지 99.99 %, 30 내지 99.9 %, 50 내지 99 %, 50 내지 95 %, 50 내지 90 % 또는 50 내지 80 % 일 수 있다. 건식 전극활물질층이 이러한 범위의 전체 면적을 가짐에 의하여 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Referring to FIG. 1f, the total area of the dry electrode active material layer (300b) may be 99.99% or less, 99.9% or less, 99% or less, 95% or less, 90% or less, or 80% or less of the total area of the dry electrode (400). The total area of the dry electrode active material layer (300b) may be 10 to 99.99%, 30 to 99.9%, 50 to 99%, 50 to 95%, 50 to 90%, or 50 to 80% of the total area of the dry electrode (400). When the dry electrode active material layer has a total area in this range, the energy density of the dry electrode may be improved.
건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)은 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)이 건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치됨에 의하여 인접한 건식 건극활물질층 사이를 절단하여 복수의 극판을 용이하게 제조할 수 있다.The dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) can be arranged spaced apart from each other along the length direction of the dry electrode, for example. Since the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) are arranged spaced apart from each other along the length direction of the dry electrode, a plurality of electrode plates can be easily manufactured by cutting between adjacent dry electrode active material layers.
건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)은 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 건식 전극활물질층이 건식 전극의 길이 방향을 따라 균일한 간격으로 이격되어 배치됨에 의하여 균일한 크기를 가지는 극판을 용이하게 대량 제조할 수 있다.The dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) can be arranged at uniform intervals along the longitudinal direction of the dry electrode, for example. Since the dry electrode active material layers are arranged at uniform intervals along the longitudinal direction of the dry electrode, it is possible to easily mass-produce electrode plates having a uniform size.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)은 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 균일한 간격으로 제1 거리(MD1) 만큼 이격되어 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) may be arranged at equal intervals along the length direction of the dry electrode by a first distance (MD1), for example.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 길이 방향에 직교하는 방향(즉, 축방향)을 따라 도입되는 복수의 절단선(CL, CL1, CL2)을 더 포함할 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)에 복수의 절단선(CL, CL1, CL2)이 도입됨에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 속도가 감소하는 영역에서 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 분리가 더욱 용이하게 수행될 수 있다. 복수의 절단선(CL, CL1, CL2)은 예를 들어 제1 절단선(CL1) 및 제2 절단선(CL2)을 포함하며, 제1 절단선(CL1)과 제2 절단선(CL2)은 제2 거리(MD2, MD2A, MD2B) 만큼 이격될 수 있다. 복수의 절단선(CL, CL1, CL2) 사이의 거리 즉 제2 거리(MD2, MD2A, MD2B)는 예를 들어 제1 거리(MD1)의 10 % 내지 100 % 미만, 10 % 내지 90 %, 10 % 내지 80 %, 20 % 내지 80 %, 20 % 내지 70 % 또는 30 % 내지 70 % 일 수 있다. 제2 거리(L3, L3A, L3B)는 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 10 cm, 1 ㎛ 내지 5 cm, 10 ㎛ 내지 1 cm 또는 100 ㎛ 내지 1 cm 일 수 있다. 제1 거리(MD1)이 감소할수록 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 제2 거리(MD2, MD2A, MD2B)가 감소할수록 버려지는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 비율이 감소하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 활용율이 향상될 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1C, the dry electrode film (100, 100a, 100b) may further include, for example, a plurality of cutting lines (CL, CL1, CL2) introduced along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the dry electrode film (100, 100a, 100b) (i.e., an axial direction). By introducing a plurality of cutting lines (CL, CL1, CL2) to the dry electrode film (100, 100a, 100b), separation of the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be performed more easily in a region where the speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) decreases. The plurality of cutting lines (CL, CL1, CL2) include, for example, a first cutting line (CL1) and a second cutting line (CL2), and the first cutting line (CL1) and the second cutting line (CL2) can be spaced apart from each other by a second distance (MD2, MD2A, MD2B). The distance between the plurality of cutting lines (CL, CL1, CL2), that is, the second distance (MD2, MD2A, MD2B), can be, for example, 10 % to less than 100 %, 10 % to 90 %, 10 % to 80 %, 20 % to 80 %, 20 % to 70 %, or 30 % to 70 % of the first distance (MD1). The second distance (L3, L3A, L3B) may be, for example, 0.1 ㎛ to 10 cm, 1 ㎛ to 5 cm, 10 ㎛ to 1 cm, or 100 ㎛ to 1 cm. As the first distance (MD1) decreases, the energy density of the dry electrode may be improved. As the second distance (MD2, MD2A, MD2B) decreases, the proportion of the dry electrode film (100, 100a, 100b) that is discarded may decrease, so that the utilization rate of the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be improved.
다르게는, 도면에 도시되지 않으나, 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)은 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 불균일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)이 예를 들어 건식 전극의 길이 방향을 따라 불균일한 간격으로 이격되어 배치됨에 의하여 다양한 패턴을 가지는 건식 전극이 제조될 수 있다.Alternatively, although not shown in the drawing, the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) may be arranged at non-uniform intervals, for example, along the longitudinal direction of the dry electrode. By arranging the dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) at non-uniform intervals, for example, along the longitudinal direction of the dry electrode, dry electrodes having various patterns can be manufactured.
도 1f를 참조하면, 건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 각각의 길이(L3)와 인접한 건식 전극활물질층 사이의 간격(L4)의 비율(L3/L4)는 예를 들어 10 내지 1000, 10 내지 500, 10 내지 200 또는 10 내지 100 일 수 있다. 건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 각각의 길이(L3)와 인접한 건식 전극활물질층 사이의 간격(L4)이 이러한 범위의 비율을 가짐에 의하여 제조되는 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Referring to FIG. 1f, a ratio (L3/L4) of the length (L3) of each of the dry electrode active material layers spaced apart from each other along the longitudinal direction of the dry electrode and the gap (L4) between adjacent dry electrode active material layers can be, for example, 10 to 1000, 10 to 500, 10 to 200, or 10 to 100. When the length (L3) of each of the dry electrode active material layers spaced apart from each other along the longitudinal direction of the dry electrode and the gap (L4) between adjacent dry electrode active material layers have a ratio within this range, the energy density of the dry electrode manufactured can be improved.
건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이의 간격(L2)은 건식 전극의 폭(W2)에 비하여 더 작을 수 있다.The gap (L2) between the dry electrode active material layers spaced apart along the length direction of the dry electrode may be smaller than the width (W2) of the dry electrode.
건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이의 간격(L2)과 건식 전극의 폭(W2)의 비율(L2/W2)은 예를 들어 0.01 내지 0.9, 0.01 내지 0.8, 0.01 내지 0.5, 0.01 내지 0.3 또는 0.01 내지 0.1 일 수 있다.The ratio (L2/W2) of the spacing between the dry electrode active material layers spaced apart along the length direction of the dry electrode and the width (W2) of the dry electrode can be, for example, 0.01 to 0.9, 0.01 to 0.8, 0.01 to 0.5, 0.01 to 0.3 or 0.01 to 0.1.
건식 전극의 길이 방향을 따라 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이의 간격(L2)과 건식 전극의 폭(W2)의 비율(L2/W2)이 이러한 범위의 비율을 가짐에 의하여 제조되는 건식 전극의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.The energy density of the dry electrode can be improved when the ratio (L2/W2) of the gap between the dry electrode active material layers spaced apart along the length direction of the dry electrode and the width (W2) of the dry electrode has a ratio within this range.
금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 선택적으로 배치하므로, 금속층(200)으로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제거하는 단계를 포함하지 않을 수 있다.Since the dry electrode film (100, 100a, 100b) is selectively placed on the metal layer (200), the step of removing the dry electrode film (100, 100a, 100b) from the metal layer (200) may not be included.
종래의 건식 전극 제조방법에서 금속층(200) 전체에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치한 후, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 일부를 선택적으로 제거한다. 이에 반해, 본 구현예에 따른 건식 전극 제조방법은 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 선택적으로 배치되므로, 추가적인 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 제거 단계를 생략할 수 있으므로 전체적인 공정이 간단해지고 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 제거 단계에서 발생하는 추가적인 결함을 방지할 수 있다.In a conventional dry electrode manufacturing method, a dry electrode film (100, 100a, 100b) is disposed over the entire metal layer (200), and then a portion of the dry electrode film (100, 100a, 100b) is selectively removed. In contrast, in a dry electrode manufacturing method according to the present embodiment, since the dry electrode film (100, 100a, 100b) is selectively disposed on the metal layer (200), an additional dry electrode film (100, 100a, 100b) removal step can be omitted, thereby simplifying the overall process and preventing additional defects occurring in the dry electrode film (100, 100a, 100b) removal step.
금속층(200)의 제1 영역(500a)에 인접하게 배치되는 제2 영역(500b)의 일 표면에서 버(burr) 또는 함몰부가 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 건식 전극활물질층의 일측면에 인접하게 배치되며 건식 전극활물질층에 의하여 피복되지 않는 금속층(200)의 일 표면에서 버(burr) 또는 함몰부가 부재(free)일 수 있다.A burr or a depression may not exist on one surface of a second region (500b) disposed adjacent to a first region (500a) of a metal layer (200). For example, a burr or a depression may be free on one surface of a metal layer (200) disposed adjacent to one side of a dry electrode active material layer and not covered by the dry electrode active material layer.
금속층(200) 전체에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 배치한 후 레이저 커팅을 통하여 제2 영역(500b)의 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제거할 경우, 금속층(200)의 제1 영역(500a) 상에 배치되는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 제1 영역(500a)과 제2 영역(500b)의 경계 부근에 레이저 커팅에서 발생하는 버(burr) 및/또는 함몰부 등의 결함이 형성될 수 있다. 이러한 결함을 포함하는 건식 전극은 리튬전지의 충방전 시에 상기 결함에 의하여 예를 들어 전극집전체로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 분리에 의한 내부 저항의 증가 및/또는 부반응의 증가함에 의하여 리튬전지의 사이클 특성이 저하될 수 있다. 이에 반해, 본 구현예에 따른 건식 전극 제조방법은 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 제거 단계를 생략할 수 있으므로 레이저 커팅에서 형성되는 버(burr) 및/또는 함몰부와 같은 결함에 의한 리튬전지의 열화를 방지할 수 있다.When the dry electrode film (100, 100a, 100b) is disposed over the entire metal layer (200) and then the dry electrode film (100, 100a, 100b) of the second region (500b) is removed by laser cutting, a defect such as a burr and/or a depression caused by laser cutting may be formed near the boundary between the first region (500a) and the second region (500b) of the dry electrode film (100, 100a, 100b) disposed on the first region (500a) of the metal layer (200). A dry electrode including such a defect may cause the cycle characteristics of the lithium battery to deteriorate due to an increase in internal resistance and/or an increase in side reactions, for example, due to separation of the dry electrode film (100, 100a, 100b) from the electrode current collector during charging and discharging of the lithium battery. In contrast, the dry electrode manufacturing method according to the present embodiment can omit the step of removing the dry electrode film (100, 100a, 100b), thereby preventing deterioration of the lithium battery due to defects such as burrs and/or depressions formed during laser cutting.
건식 전극활물질층을 형성하는 단계는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)을 적층(laminating)하는 단계를 포함할 수 있다. 건식 전극활물질층을 형성하는 단계는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)을 적층(lamination)함에 의하여 수행될 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)을 적층함에 의하여 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다. 건식 전극활물질층은 예를 들어 중간층(150, 150a, 150b)과 결착함에 의하여 금속층(200) 상에 적층될 수 있다.The step of forming a dry electrode active material layer may include, for example, a step of laminating a dry electrode film (100, 100a, 100b) and a metal layer (200). The step of forming a dry electrode active material layer may be performed, for example, by laminating a dry electrode film (100, 100a, 100b) and a metal layer (200). The dry electrode active material layer may be formed by laminating a dry electrode film (100, 100a, 100b) and a metal layer (200). The dry electrode active material layer may be laminated on the metal layer (200), for example, by bonding with an intermediate layer (150, 150a, 150b).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)의 적층은 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)을 한 쌍의 롤 사이로 통과시킴에 의하여 적층될 수 있다.The lamination of the dry electrode film (100, 100a, 100b) and the metal layer (200) can be performed, for example, by passing the dry electrode film (100, 100a, 100b) and the metal layer (200) between a pair of rolls.
한 쌍의 롤은 예를 들어 한쌍의 캘린더 롤, 한쌍의 가이드 롤, 한 쌍의 라미네이션 롤 등일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 금속층(200)을 적층할 수 있는 것이라면 모두 가능하다.A pair of rolls may be, but is not limited to, a pair of calendar rolls, a pair of guide rolls, a pair of lamination rolls, etc., and any roll capable of laminating a dry electrode film (100, 100a, 100b) and a metal layer (200) may be used.
한 쌍의 롤이 캘린더 롤, 가이드 롤 및 라미네이션 롤 중 하나 이상의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 가이드 롤이 가이드 롤과 라미네이션 롤의 역할을 모두 수행할 수 있다.A pair of rolls may perform the functions of more than one of a calendar roll, a guide roll, and a lamination roll. For example, a pair of guide rolls may perform the functions of both a guide roll and a lamination roll.
건식 전극활물질층을 형성하는 단계는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 및 금속층(200) 중 하나 이상에 열, 압력 또는 이들의 조합을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 건식 전극활물질층을 형성하는 단계는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 및 금속층(200) 중 하나 이상에 열, 압력 또는 이들의 조합을 추가적으로 가함에 의하여 형성될 수 있다.The step of forming a dry electrode active material layer may further include, for example, a step of applying heat, pressure, or a combination thereof to at least one of the dry electrode films (100, 100a, 100b) and the metal layer (200). The step of forming a dry electrode active material layer may be formed, for example, by additionally applying heat, pressure, or a combination thereof to at least one of the dry electrode films (100, 100a, 100b) and the metal layer (200).
예를 들어, 제1 권취 롤(10)로부터 금속층(200)이 제공되며, 제2 롤로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제공되며, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 한 쌍의 롤을 통과하면서 한 쌍의 롤에 의하여 가해지는 열, 압력 또는 이들의 조합에 의하여 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 적층되어 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다.For example, a metal layer (200) is provided from a first winding roll (10), a dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from a second roll, and as the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass through a pair of rolls, the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be laminated to each other by heat, pressure, or a combination thereof applied by a pair of rolls to form a dry electrode active material layer.
예를 들어, 제1 권취 롤(10)로부터 제1 영역(500a)에 선택적으로 배치되는 중간층(150, 150a, 150b)을 포함하는 금속층(200)이 제공되며, 제2 롤로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제공되며, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 한 쌍의 롤을 통과하면서 한 쌍의 롤에 의하여 가해지는 열, 압력 또는 이들의 조합에 의하여 중간층(150, 150a, 150b) 상에 건신 전극 필름이 배치됨과 동시에 서로 적층되어 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다.For example, a metal layer (200) including an intermediate layer (150, 150a, 150b) selectively arranged in a first region (500a) is provided from a first winding roll (10), a dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from a second roll, and as the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass through a pair of rolls, a dry electrode film is arranged on the intermediate layer (150, 150a, 150b) by heat, pressure, or a combination thereof applied by a pair of rolls, and at the same time, they are laminated to form a dry electrode active material layer.
열, 압력 또는 이들의 조합을 가하는 단계에서 사용되는 열, 압력의 범위는 균열 없이 건식 전극활물질층을 형성하는 범위에서 선택될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 한 쌍의 롤의 온도는 예를 들어 0 내지 100 ℃ 또는 10 내지 50 ℃ 일 수 있다. 한 쌍의 롤에 의하여 건식 전극에 가해지는 압력은 예를 들어 0 내지 100 MPa, 1 Pa 내지 10 MPa 또는 10 Pa 내지 1 MPa 일 수 있다.The range of heat, pressure or a combination thereof used in the step of applying heat, pressure or a combination thereof can be selected within a range that forms a dry electrode active material layer without cracking and is not particularly limited. The temperature of a pair of rolls can be, for example, 0 to 100° C. or 10 to 50° C. The pressure applied to the dry electrode by a pair of rolls can be, for example, 0 to 100 MPa, 1 Pa to 10 MPa or 10 Pa to 1 MPa.
건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성하는 단계는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 상기 금속층(200)을 동시에 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b) may include, for example, a step of simultaneously providing a dry electrode film (100, 100a, 100b) and the metal layer (200) between a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 제1 권취 롤(10)로부터 금속층(200)이 제공되며, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제공되며, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 적어도 한 쌍의 라미네이션 롤 사이를 통과하면서 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 적층되어 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성할 수 있다. 한 쌍의 라미네이션 롤(30, 30a, 30b) 전에 예를 들어 한 쌍의 가이드 롤(40, 40a, 40b)이 추가로 배치될 수 있다. 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 적어도 한 쌍의 라미네이션 롤(30, 30a, 30b) 사이를 통과하기 전에 적어도 한 쌍의 가이드 롤(40, 40a, 40b) 사이를 통과하면서 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, a metal layer (200) is provided from a first winding roll (10), a dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from a second-first winding roll (20a), and when the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass between at least one pair of lamination rolls, the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be laminated with each other to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b). For example, a pair of guide rolls (40, 40a, 40b) can be additionally arranged before a pair of lamination rolls (30, 30a, 30b). The dry electrode film (100, 100a, 100b) may be placed on the metal layer (200) while passing between at least one pair of guide rolls (40, 40a, 40b) before the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass between at least one pair of lamination rolls (30, 30a, 30b).
예를 들어, 제1 권취 롤(10)로부터 금속층(200)이 제공되며, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제공되며, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제1 가이드 롤(40a)과 제2 가이드 롤(40b)을 통과하면서 상기 금속층(200) 상에 건신 전극 필름이 배치된 후 제1 라미네이션 롤(30a)과 제2 라미네이션 롤(30b) 사이를 통과하면서 상기 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 적층되어 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다.For example, a metal layer (200) is provided from a first winding roll (10), a dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from a second-first winding roll (20a), and when the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass through a first guide roll (40a) and a second guide roll (40b), a dry electrode film is placed on the metal layer (200), and then when the metal layer (200) passes between a first lamination roll (30a) and a second lamination roll (30b), the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) are laminated to each other to form a dry electrode active material layer.
예를 들어, 제1 권취 롤(10)로부터 제1 영역(500a)에 선택적으로 배치되는 중간층(150, 150a, 150b)을 포함하는 금속층(200)이 제공되며, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제공되며, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제1 라미네이션 롤과 제2 라미네이션 롤 사이를 통과하면서 중간층(150, 150a, 150b) 상에 건신 전극 필름이 배치됨과 동시에 서로 적층되어 건식 전극활물질층을 형성할 수 있다.For example, a metal layer (200) including an intermediate layer (150, 150a, 150b) selectively arranged in a first region (500a) is provided from a first winding roll (10), a dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from a second-first winding roll (20a), and while the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass between the first lamination roll and the second lamination roll, the dry electrode film is arranged on the intermediate layer (150, 150a, 150b) and simultaneously laminated with each other to form a dry electrode active material layer.
제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상은 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 상기 제1 라미네이터 롤(30a) 및 상기 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상에 기계적으로 부착시키는 흡기구(45)를 더 포함할 수 있다.At least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may further include an intake port (45) for mechanically attaching, for example, a dry electrode film (100, 100a, 100b) to at least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b).
제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 복수의 흡기구(45)가 배치될 수 있다. 복수의 흡기구(45)는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 부착시키는 역할을 수행할 수 있다. 흡기구(45)는 예를 들어 진공에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 기계적으로 부착시킬 수 있다. 흡기구(45)에 적용되는 진공의 크기를 조절함에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면으로부터 용이하게 부착 및/또는 탈착할 수 있다. 예를 들어, 흡기구(45)에 적용되는 진공의 압력이 대기압 보다 작으면 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 용이하게 부착된다. 예를 들어, 흡기구(45)에 적용되는 진공의 압력이 대기압 보다 크면 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상으로부터 용이하게 탈착된다.A plurality of intake ports (45) may be arranged on at least one surface of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). The plurality of intake ports (45) may serve to attach the dry electrode film (100, 100a, 100b) to at least one surface of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). The intake ports (45) may mechanically attach the dry electrode film (100, 100a, 100b) to at least one surface of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), for example, by vacuum. By controlling the size of the vacuum applied to the intake port (45), the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be easily attached and/or detached from the surface of at least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). For example, if the pressure of the vacuum applied to the intake port (45) is less than the atmospheric pressure, the dry electrode film (100, 100a, 100b) is easily attached to the surface of at least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). For example, if the pressure of the vacuum applied to the intake port (45) is greater than the atmospheric pressure, the dry electrode film (100, 100a, 100b) is easily detached from at least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b).
제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 부착됨에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 속도를 제2 속도(V2)로부터 제3 속도(V3)로 감소시키는 과정에서 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 분리가 일어남에도 불구하고 분리된 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 일 말단은 금속층(200) 상에 부착된 상태를 유지하고, 다른 말단은 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상의 표면에 부착된 상태를 유지함에 의하여, 건식 전극 제조 공정을 연속적으로 수행할 수 있다.In the process of reducing the speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) from the second speed (V2) to the third speed (V3) by attaching the dry electrode film (100, 100a, 100b) to at least one surface of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the dry electrode film (100, 100a, 100b) is separated, but one end of the separated dry electrode film (100, 100a, 100b) remains attached to the metal layer (200), and the other end remains attached to at least one surface of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), thereby enabling the dry electrode manufacturing process to be continuously performed.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상에 부착된 상태에서 기계 방향을 따라 형성되는 하나 이상의 절단선을 더 포함할 수 있다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 절단선을 더 포함함에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 속도를 제2 속도(V2)로부터 제3 속도(V3)로 감소시키는 과정에서 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 분리가 보다 용이하게 수행될 수 있다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) may further include one or more cutting lines formed along the machine direction while attached to, for example, one or more of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). Since the dry electrode film (100, 100a, 100b) further includes cutting lines, the separation of the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be performed more easily in the process of reducing the speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) from the second speed (V2) to the third speed (V3).
건식 전극의 제조에 사용되는 롤은 길이를 가지는 개구(opening)를 포함하지 않을 수 있다. 건식 전극의 제조에 사용되는 가이드 롤, 라미네이션 롤, 캘린더 롤 등은 길이를 가지는 개구를 포함하지 않을 수 있다. 개구의 길이는 건식 전극의 폭 방향을 따라 배치되는 길이일 수 있다. 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상은 예를 들어 축 방향(TD, Transverse direction)을 따라 형성되는 길이를 가지는 개구(opening)를 포함하지 않을 수 있다. 건식 전극의 제조에 사용되는 롤이 개구를 포함하지 않음에 의하여 건식 전극활물질층 형성 시에 건식 전극활물질층에 균일한 압력이 가해질 수 있다.The roll used in the manufacture of the dry electrode may not include an opening having a length. A guide roll, a lamination roll, a calender roll, etc. used in the manufacture of the dry electrode may not include an opening having a length. The length of the opening may be a length arranged along the width direction of the dry electrode. At least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may not include an opening having a length formed along, for example, an axial direction (TD, transverse direction). Since the roll used in the manufacture of the dry electrode does not include an opening, a uniform pressure can be applied to the dry electrode active material layer when forming the dry electrode active material layer.
도 1f에 도시되는 건식 전극(400)은 예를 들어 도 1e에 도시되는 금속층(200)을 사용하여 이하의 방법으로 제조될 수 있다.The dry electrode (400) illustrated in FIG. 1f can be manufactured by the following method using, for example, the metal layer (200) illustrated in FIG. 1e.
도 1a를 참조하면, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 제1 영역(500a)을 제1 속도(V1)로 통과시키는 동안 금속층(200)의 제1 영역(500a)의 카본층(150a) 상에 제1 라미네이터 롤(30a)로부터 건식 양극필름(100a)을 상기 제1 속도(V1)와 동일한 속도를 가지는 제2 속도(V2)로 공급함에 의하여 금속층(200)의 일면에 건식 양극필름(100a)을 라미네이션하고 금속층(200)의 일면 상에 건식 전극활물질층(300a)을 배치한다. 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 제1 영역(500a)에 인접한 제2 영역(500b)을 공급하기 전에, 금속층(200)의 제2 영역(500b)의 기계 방향 길이(MD1)에 해당하는 건식 양극필름(100a)을 제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 부착시킨 상태에서 제2 영역(500b)의 기계방향 길이(MD1)의 50% 에 해당하는 길이(MD2A) 만큼 이격된 한 쌍의 나이프(50, 50a, 50b)로 건식 양극필름(100a)에 제1 절단선(CL1) 및 제2 절단선(CL2)을 동시에 도입한다.Referring to FIG. 1a, while passing a first region (500a) of a metal layer (200) between a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) at a first speed (V1), a dry positive electrode film (100a) is supplied from the first laminator roll (30a) onto a carbon layer (150a) of the first region (500a) of the metal layer (200) at a second speed (V2) that is the same as the first speed (V1), thereby laminating the dry positive electrode film (100a) onto one surface of the metal layer (200) and disposing a dry electrode active material layer (300a) on one surface of the metal layer (200). Before supplying the second region (500b) adjacent to the first region (500a) of the metal layer (200) between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), a dry positive electrode film (100a) corresponding to the machine direction length (MD1) of the second region (500b) of the metal layer (200) is attached to the surface of the first laminator roll (30a), and a first cutting line (CL1) and a second cutting line (CL2) are simultaneously introduced into the dry positive electrode film (100a) by a pair of knives (50, 50a, 50b) spaced apart by a length (MD2A) corresponding to 50% of the machine direction length (MD1) of the second region (500b).
도 1b를 참조하면, 도 1a에 비하여 제1 영역(500a)에 인접한 제2 영역(500b)이 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 보다 인접하게 이동한다. 건식 양극필름(100a)의 제1 절단선(CL1)이 제1 영역(500a)과 제2 영역(500b)의 경계선에 일치하도록 조절한다.Referring to Fig. 1b, compared to Fig. 1a, the second region (500b) adjacent to the first region (500a) moves closer between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). The first cutting line (CL1) of the dry positive electrode film (100a) is adjusted to coincide with the boundary line between the first region (500a) and the second region (500b).
도 1c를 참조하면, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 제2 영역(500b)을 도입하는 시점으로부터, 제1 라미네이터 롤(30a)로부터 건식 양극필름(100a)을 공급하는 속도를, 제2 속도(V2)보다 작은 제3 속도(V3)로 감속함에 의하여 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 제2 영역(500b)을 기계 방향 길이(MD2) 만큼 통과시키는 동안, 건식 양극필름(100a)을 제2 영역(500b)의 기계방향 길이(MD2) 보다 작은 길이(MD2A) 만큼 통과시킨다. 또한, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 제2 영역(500b)을 통과시키는 동안 금속층(200)의 제2 영역(500b)에 건식 양극활물질층(300a)이 라미네이션 되지 않는다.Referring to FIG. 1C, from the time point of introducing the second region (500b) of the metal layer (200) between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the speed at which the dry positive electrode film (100a) is supplied from the first laminator roll (30a) is reduced to a third speed (V3) smaller than the second speed (V2), thereby allowing the second region (500b) of the metal layer (200) to pass between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) by a machine direction length (MD2), while allowing the dry positive electrode film (100a) to pass by a length (MD2A) smaller than the machine direction length (MD2) of the second region (500b). Additionally, while passing the second region (500b) of the metal layer (200) between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the dry cathode active material layer (300a) is not laminated to the second region (500b) of the metal layer (200).
도 1d를 참조하면, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 금속층(200)의 상기 제2 영역(500b)에 인접한 제1 영역(500a)을 도입하는 시점으로부터, 금속층(200)의 제1 영역(500a)의 카본층(150a) 상에 제1 라미네이터 롤(30a)로부터 건식 양극필름(100a)의 공급 속도를 다시 제3 속도(V3)보다 큰 제2 속도(V2)로 증가시킴에 의하여 금속층(200)의 일면에 건식 양극필름(100a)을 라미네이션하고 금속층(200)의 일면 상에 건식 양극활물질층(300a)을 배치한다. 제1 절단선(CL1)과 제2 절단선(CL2) 사이에 배치되는 건식 양극필름(30a)은 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이를 통과한 후에 제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 배치되는 복수의 진공 흡기구(45)를 차단하거나 별도의 분리 장치(미도시)를 사용함에 의하여 제1 라미네이터 롤(30a)의 표면으로부터 쉽게 분리될 수 있다.Referring to FIG. 1d, from the time point at which the first region (500a) adjacent to the second region (500b) of the metal layer (200) is introduced between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the supply speed of the dry positive electrode film (100a) from the first laminator roll (30a) onto the carbon layer (150a) of the first region (500a) of the metal layer (200) is increased again to a second speed (V2) greater than the third speed (V3), thereby laminating the dry positive electrode film (100a) on one surface of the metal layer (200) and disposing the dry positive electrode active material layer (300a) on one surface of the metal layer (200). The dry positive electrode film (30a) disposed between the first cutting line (CL1) and the second cutting line (CL2) can be easily separated from the surface of the first laminator roll (30a) by blocking a plurality of vacuum suction ports (45) disposed on the surface of the first laminator roll (30a) or by using a separate separation device (not shown) after passing between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 금속층(200)의 타면에 대하여도 이러한 과정을 동시에 순차적으로 반복한다. 금속층(200)의 타면에 건식 양극필름(100b)을 코팅하기 위하여, 건식 양극필름(100b)을 제2-2 권취 롤(20b)부터 제2 라미네이터 롤(30b)까지 제1 속도(V1)로 공급되도록 제2-2 권취 롤(20b) 및 제2 라미네이터 롤(30b)의 회전 속도를 조절한다. 결과적으로, 일정한 간격으로 이격된 복수의 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 포함하는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 용이하게 제조할 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, this process is repeated simultaneously and sequentially for the other surface of the metal layer (200). In order to coat the dry positive electrode film (100b) on the other surface of the metal layer (200), the rotation speed of the 2-2 winding roll (20b) and the 2nd laminator roll (30b) is adjusted so that the dry positive electrode film (100b) is supplied from the 2-2 winding roll (20b) to the 2nd laminator roll (30b) at the first speed (V1). As a result, a dry electrode film (100, 100a, 100b) including a plurality of dry electrode active material layers (300, 300a, 300b) spaced at regular intervals can be easily manufactured.
다른 일구현예에 다른 건식 전극 제조장치는 서로 이격되어 배치되는 제1 라미네이터롤과 제2 라미네이터롤을 포함하며, 상기 제1 라미네이터롤과 제2 라미네이터롤 중 하나 이상이 제2 회전 주변 속도를 가지며, 간헐적으로 제2 회전 주변 속도에 비하여 작은 제3 회전 주변 속도를 가지도록 구성되거나 구동되며, 상기 제1 라미네이터롤과 상기 제2 라미네이터롤이 서로 반대 회전 방향을 가진다.In another embodiment, another dry electrode manufacturing device includes a first laminator roll and a second laminator roll arranged to be spaced apart from each other, at least one of the first laminator roll and the second laminator roll having a second rotational peripheral speed and being configured or driven to intermittently have a third rotational peripheral speed that is smaller than the second rotational peripheral speed, and the first laminator roll and the second laminator roll have opposite rotational directions.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 건식 전극 제조장치는, 서로 이격되어 배치되는 제1 라미네이터롤(30a)과 제2 라미네이터롤(30b)을 포함한다. 제1 라미네이터롤(30a)과 제2 라미네이터롤(30b) 중 하나 이상이 제2 회전 주변 속도를 가지며, 간헐적으로 제2 회전 주변 속도에 비하여 작은 제3 회전 주변 속도를 가지도록 구성되거나 구동된다. 제1 라미네이터롤(30a)과 제2 라미네이터롤(30b)이 서로 반대 회전 방향을 가진다. 건식 전극 제조장치가 이러한 구성을 가짐에 의하여 금속층 상에 다양한 패턴의 건식 전극활물질층을 도입한 건식 전극을 용이하게 제조할 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, a dry electrode manufacturing device includes a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) which are arranged to be spaced apart from each other. At least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) has a second rotational peripheral speed and is configured or driven to intermittently have a third rotational peripheral speed that is smaller than the second rotational peripheral speed. The first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) have opposite rotational directions. Since the dry electrode manufacturing device has such a configuration, a dry electrode having a dry electrode active material layer of various patterns introduced on a metal layer can be easily manufactured.
도 1a 내지 1d를 참조하면, 건식 전극 제조장치는 제1 권취 롤(10)을 더 포함할 수 있다. 제1 권취 롤(10)에 예를 들어 금속층(200)이 권취된다.Referring to FIGS. 1A to 1D, the dry electrode manufacturing device may further include a first winding roll (10). For example, a metal layer (200) is wound on the first winding roll (10).
제1 권취 롤(10)로부터 제1 라미레이터롤(30a)과 제2 라미네이터롤(30b) 사이에 금속층(100)을 제1 속도(V1)로 제공할 수 있다.A metal layer (100) can be provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) from the first winding roll (10) at a first speed (V1).
금속층(200) 상에 제1 라미네이터롤(30a) 및 제2 라미네이터롤(30b) 중 하나 이상으로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하며, 간헐적으로 제2 속도(V2)에 비하여 작은 제3 속도(V3)로 제공할 수 있다.A dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from at least one of a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) on a metal layer (200) at a second speed (V2), and can be intermittently provided at a third speed (V3) that is lower than the second speed (V2).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제2 속도(V2)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 배치될 수 있다.A dry electrode film (100, 100a, 100b) can be placed on a metal layer (200) while providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) at a second speed (V2).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제3 속도(V3)로 제공하는 동안 금속층(200) 상에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 미배치될 수 있다(undisposed).While providing the dry electrode film (100, 100a, 100b) at the third speed (V3), the dry electrode film (100, 100a, 100b) may be undisposed on the metal layer (200).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 건식 전극 제조장치에서, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)은 다양한 회전 주변 속도(VRP)를 가지면서 건식 전극(400)을 제조할 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1D, in a dry electrode manufacturing device, the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) can manufacture a dry electrode (400) while having various rotational peripheral speeds (VRP).
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 건식 전극 제조장치에서, 금속층(200)은 제1 회전 주변 속도(rotational peripheral speed, VRP1)를 가지는 제1 권취 롤(10)로부터 제1 속도(V1)로 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공된다. 금속층(200)의 제1 영역(500a)과 상기 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 동시에 상기 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하는 동안 제1 라미네터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)를 가질 수 있다. 제2-1 권취롤(20a) 로부터 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며, 제2-2 권취롤(20b)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제2 속도(V2)로 제공되는 동안, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)를 가지는 제1 라미네이션 롤(30a)과 제2 라미네이션 롤(30b) 사이를 통과하면서 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 적층되어 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성할 수 있다. 제1 라미네이션 롤(30a)과 제2 라미네이션 롤(30b)의 제2 회전 주변 속도(VRP2)는, 이들 사이를 통과하는 금속층(200) 및/또는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 접촉하는 지점에서 금속층(200)의 제공 속도인 제1 속도(V1) 및/또는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 제공 속도인 제2 속도(V2)와 동일한 값(value)을 가지도록 조절될 수 있다. 제2 회전 주변 속도(VRP2)는 예를 들어 제1 속도(V1) 및 제2 속도(V2)와 동일한 값이다.Referring to FIGS. 1A and 1B, in a dry electrode manufacturing device, a metal layer (200) is provided between a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) at a first speed (V1) from a first winding roll (10) having a first rotational peripheral speed (VRP1). While the first region (500a) of the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) are simultaneously provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may have a second rotational peripheral speed (VRP2). While the metal layer (200) is provided from the 2-1 winding roll (20a) at a first speed (V1) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from the 2-2 winding roll (20b) at a second speed (V2), the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass between the first lamination roll (30a) and the second lamination roll (30b) having the second rotational peripheral speed (VRP2), so that the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be laminated with each other to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b). The second rotational peripheral speed (VRP2) of the first lamination roll (30a) and the second lamination roll (30b) can be adjusted to have the same value as the first speed (V1) which is the provision speed of the metal layer (200) and/or the second speed (V2) which is the provision speed of the dry electrode film (100, 100a, 100b) at the point where the metal layer (200) and/or the dry electrode film (100, 100a, 100b) passing therebetween come into contact. The second rotational peripheral speed (VRP2) is, for example, the same value as the first speed (V1) and the second speed (V2).
도 1c를 참조하면, 건식 전극 제조장치에서, 금속층(200)의 제2 영역(500b)을 상기 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하고 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 적어도 일부를 상기 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하지 않는 동안 제1 라미네이터 롤(30a) 및 제2 라미네이터 롤(30b) 중 하나 이상이 제2 회전 주변 속도(VRP2)에 비하여 낮은 제3 회전 주변 속도(VRP3)로 감소될 수 있다. 예를 들어, 제1 권취 롤(10)로부터 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며, 제2-1 권취 롤(20a)로부터 건식 전극필름(100a)이 제2 속도(V2)에 비하여 낮은 제3 속도(V3)로 제공되는 동안, 금속층(200)이 제1 라미네이션 롤(30a)과 제2 라미네이션 롤(30b) 사이를 통과하면서 건식 전극활물질층(300a)을 포함하지 않는 무지부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 라미네이션 롤(30a)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)에 비하여 낮은 제3 회전 주변 속도(VRP3)를 가짐에 의하여 건식 전극필름(100a)이 금속층(200) 상에 제공되지 않을 수 있다. 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)은 예를 들어 서로 다른 회전 주변 속도(VRP)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)의 회전 주변 속도 비(ratio)는 예를 들어 9:1 내지 1:9, 7:1 내지 1:7, 5:1 내지 1:5 또는 5:2 내지 2:5 일 수 있다.Referring to FIG. 1c, in a dry electrode manufacturing device, while a second region (500b) of a metal layer (200) is provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) and at least a part of a dry electrode film (100, 100a, 100b) is not provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), at least one of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) can be reduced to a third rotational peripheral speed (VRP3) lower than the second rotational peripheral speed (VRP2). For example, while the metal layer (200) is provided from the first winding roll (10) at a first speed (V1) and the dry electrode film (100a) is provided from the second-first winding roll (20a) at a third speed (V3) lower than the second speed (V2), the metal layer (200) may form a non-coated portion that does not include the dry electrode active material layer (300a) while passing between the first lamination roll (30a) and the second lamination roll (30b). For example, since the first lamination roll (30a) has a third rotational peripheral speed (VRP3) lower than the second rotational peripheral speed (VRP2), the dry electrode film (100a) may not be provided on the metal layer (200). The first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may have, for example, different rotational peripheral speeds (VRP). For example, the rotational peripheral speed ratio of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may be, for example, 9:1 to 1:9, 7:1 to 1:7, 5:1 to 1:5 or 5:2 to 2:5.
다르게는, 도면에 도시되지 않으나, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)의 위치가 금속층(200)으로부터 더욱 이격됨에 의하여 회전 주변 속도(VRP)의 변화 없이 금속층(200) 상에 무지부를 형성할 수 있다. 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)의 위치가 금속층(200)으로부터 추가적으로 이격되는 경우, 금속층(200)의 제2 영역(500b)을 상기 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하고 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하지 않는 동안에도 제1 라미네터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)를 유지할 수 있다. 예를 들어, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)의 위치가 금속층(200)으로부터 이격됨에 의하여 제1 라미네터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)를 유지하면서도 금속층(200)에 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 제공하지 않을 수 있다.Alternatively, although not shown in the drawing, the positions of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may be further spaced from the metal layer (200), thereby forming a non-coated portion on the metal layer (200) without changing the rotational peripheral speed (VRP). When the positions of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) are additionally spaced from the metal layer (200), the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) can maintain the second rotational peripheral speed (VRP2) even while the second region (500b) of the metal layer (200) is provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is not provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b). For example, since the positions of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) are spaced apart from the metal layer (200), the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) may not provide the dry electrode film (100, 100a, 100b) to the metal layer (200) while maintaining the second rotational peripheral speed (VRP2).
도 1d를 참조하면, 건식 전극 제조장치에서, 금속층(200)의 제1 영역(500a)과 상기 건식 전극필름(100, 100a, 100b)을 동시에 상기 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제공하는 동안 제1 라미네터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)의 회전 주변 속도(VRP)가 제3 회전 주변 속도(VRP3)로부터 제2 회전 주변 속도(VRP2)로 다시 증가된다. 따라서, 제2-1 권취롤(20a) 로부터 금속층(200)이 제1 속도(V1)로 제공되며, 제2-2 권취롤(20b)로부터 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제2 속도(V2)로 제공되는 동안, 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 제2 회전 주변 속도(VRP2)를 가지는 제1 라미네이션 롤(30a)과 제2 라미네이션 롤(30b) 사이를 통과하면서 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 서로 적층되어 건식 전극활물질층(300, 300a, 300b)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1d, in a dry electrode manufacturing device, while the first region (500a) of the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) are simultaneously provided between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the rotational peripheral speed (VRP) of the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) is increased again from the third rotational peripheral speed (VRP3) to the second rotational peripheral speed (VRP2). Accordingly, while the metal layer (200) is provided from the 2-1 winding roll (20a) at a first speed (V1) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) is provided from the 2-2 winding roll (20b) at a second speed (V2), the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) pass between the first lamination roll (30a) and the second lamination roll (30b) having the second rotational peripheral speed (VRP2), so that the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) can be laminated with each other to form a dry electrode active material layer (300, 300a, 300b).
건식 전극 제조장치에서, 도 1a 내지 1d의 과정이 순차적으로 반복됨에 의하여, 금속층(200) 상에 전극활물질층(3000, 300a, 300b)이 이격되어 배치되는 건식 전극이 제조된다.In a dry electrode manufacturing device, the processes of FIGS. 1a to 1d are sequentially repeated to manufacture a dry electrode in which electrode active material layers (3000, 300a, 300b) are spaced apart and arranged on a metal layer (200).
건식 전극의 제조에 사용되는 금속층(200)은 예를 들어 전극집전체이다.The metal layer (200) used in the manufacture of a dry electrode is, for example, an electrode current collector.
전극집전체를 구성하는 재료는 리튬과 반응하지 않는 재료 즉, 리튬과 합금 또는 화합물을 형성하지 않는 재료로서 도전성을 가지는 것이라면 모두 가능하다. 전극집전체는 예를 들어 금속 또는 합금이다. 전극집전체는 예를 들어 인듐(In), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 스테인레스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 리튬(Li) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The material constituting the electrode current collector may be any material that does not react with lithium, that is, does not form an alloy or compound with lithium, and is conductive. The electrode current collector is, for example, a metal or an alloy. The electrode current collector may be, for example, made of indium (In), copper (Cu), magnesium (Mg), stainless steel, titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), aluminum (Al), germanium (Ge), lithium (Li), or an alloy thereof.
전극집전체는 예를 들어 시트, 호일(foil), 필름, 판상체(plate), 다공성체, 메조다공성체, 관통구 함유체, 다각형 고리체, 메쉬체, 발포체, 및 부직포체, 중에서 선택되는 형태를 가질 수 있으나, 반드시 이러한 형태로 한정되지 않으며, 당해 기술분야에서 사용하는 형태라면 모두 가능하다.The electrode current collector may have a form selected from, for example, a sheet, a foil, a film, a plate, a porous body, a mesoporous body, a body containing through-holes, a polygonal ring body, a mesh body, a foam body, and a non-woven body, but is not necessarily limited to these forms, and any form used in the relevant technical field may be used.
전극집전체는 종래의 전극이 포함하는 전극집전체에 비하여 감소된 두께를 가질 수 있다. 따라서, 일구현예에 따른 전극은 예를 들어 박막 집전체를 포함함에 의하여, 후막 집전체를 포함하는 종래의 전극과 구별된다. 일구현예에 따른 전극이 감소된 두께를 가지는 박막 집전체를 채용함에 의하여 박막 집전체를 포함하는 전극에서 전극활물질층의 두께가 상대적으로 증가한다. 결과적으로, 이러한 전극을 채용한 리튬전지의 에너지 밀도가 증가된다. 전극집전체의 두께는 예를 들어, 15 um 미만, 14.5um 이하, 또는 14um 이하일 수 있다. 전극집전체의 두께는 예를 들어, 0.1um 내지 15 um 미만, 1um 내지 14.5 um, 2um 내지 14 um, 3um 내지 14 um, 5um 내지 14 um, 또는 10 um 내지 14 um 일 수 있다.The electrode current collector may have a reduced thickness compared to the electrode current collector included in a conventional electrode. Therefore, the electrode according to one embodiment is distinguished from the conventional electrode including a thick film current collector, for example, by including a thin film current collector. Since the electrode according to one embodiment employs a thin film current collector having a reduced thickness, the thickness of the electrode active material layer in the electrode including the thin film current collector is relatively increased. As a result, the energy density of a lithium battery employing such an electrode is increased. The thickness of the electrode current collector may be, for example, less than 15 um, 14.5 um or less, or 14 um or less. The thickness of the electrode current collector may be, for example, 0.1 um to less than 15 um, 1 um to 14.5 um, 2 um to 14 um, 3 um to 14 um, 5 um to 14 um, or 10 um to 14 um.
전극집전체는 종래의 전극이 포함하는 전극집전체에 비하여 감소된 표면 거칠기를 가진다. 전극집전체 표면이 감소된 표면 거칠기를 가짐에 의하여 전극집전체가 전극활물질층 및/또는 중간층(150, 150a, 150b)과 균일한 계면을 형성할 수 있다. 결과적으로, 전극집전체와 다른 층의 계면에서 국부적인 부반응 및/또는 불균일한 전극 반응이 억제되고, 이러한 전극을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성이 향상된다. The electrode current collector has a reduced surface roughness compared to the electrode current collector included in the conventional electrode. Since the electrode current collector surface has a reduced surface roughness, the electrode current collector can form a uniform interface with the electrode active material layer and/or the intermediate layer (150, 150a, 150b). As a result, local side reactions and/or non-uniform electrode reactions at the interface between the electrode current collector and other layers are suppressed, and the cycle characteristics of a lithium battery including such an electrode are improved.
전극집전체 표면의 최대 거칠기 (Maximum Roughness Depth, Rmax)는 예를 들어 3 um 이하, 2um 이하, 1um 이하, 0.5um 이하, 또는 0.1um 이하일 수 있다. 전극집전체 표면의 최대 거칠기(Rmax)는 예를 들어 10nm 내지 3 um, 10nm 내지 2 um, 10nm 내지 1 um, 10nm 내지 0.5 um, 또는 10nm 내지 0.1 um 일 수 있다. The maximum roughness depth (R max ) of the electrode collector surface can be, for example, 3 um or less, 2 um or less, 1 um or less, 0.5 um or less, or 0.1 um or less. The maximum roughness depth (R max ) of the electrode collector surface can be, for example, 10 nm to 3 um, 10 nm to 2 um, 10 nm to 1 um, 10 nm to 0.5 um, or 10 nm to 0.1 um.
전극집전체 표면의 평균 거칠기 (Mean Roughness, Ra)는 예를 들어 2 um 이하, 1um 이하, 0.5um 이하, 또는 0.1um 이하 일 수 있다. 전극집전체 표면의 평균 거칠기(Ra)는 예를 들어 10 nm 내지 2 um, 10nm 내지 1 um, 10nm 내지 0.5 um, 또는 10nm 내지 0.1 um 일 수 있다. The average roughness (R a ) of the surface of the electrode collector can be, for example, 2 um or less, 1 um or less, 0.5 um or less, or 0.1 um or less. The average roughness (R a ) of the surface of the electrode collector can be, for example, 10 nm to 2 um, 10 nm to 1 um, 10 nm to 0.5 um, or 10 nm to 0.1 um.
전극집전체 표면의 제곱평균제곱근 거칠기 (Root Mean Square (RMS) Roughness, Rq)는 예를 들어 2 um이하, 1um 이하, 0.5um 이하, 또는 0.1um 이하 일 수 있다. 전극집전체 표면의 제곱평균제곱근 거칠기(Rq)는 예를 들어 10 nm 내지 2 um, 10nm 내지 1 um, 10nm 내지 0.5 um, 또는 10nm 내지 0.1 um 일 수 있다.The root mean square (RMS) roughness (R q ) of the electrode collector surface can be, for example, 2 μm or less, 1 μm or less, 0.5 μm or less, or 0.1 μm or less. The root mean square roughness (R q ) of the electrode collector surface can be, for example, 10 nm to 2 μm, 10 nm to 1 μm, 10 nm to 0.5 μm, or 10 nm to 0.1 μm.
전극집전체는 예를 들어 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면 또는 양면 상에 배치되는 금속박막층을 포함할 수 있다. 전극집전체가 기재를 포함하며, 상기 기재가 예를 들어 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면 또는 양면 상에 배치되는 금속박막층을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 금속박막층 상에 상술한 중간층(150, 150a, 150b)이 추가적으로 배치될 수 있다. 베이스 필름은 예를 들어 고분자를 포함할 수 있다. 고분자는 예를 들어 열가소성 고분자일 수 있다. 고분자는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프롤필렌(PP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 베이스 필름이 열가소성 고분자를 포함함에 의하여 단락 발생 시 베이스 필름이 용융되어 급격한 전류 증가를 억제할 수 있다. 베이스 필름은 예를 들어 절연체일 수 있다. 금속박막층은 예를 들어 구리(Cu), 스테인리스 스틸, 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속박막층이 전기화학적 퓨즈(electrochemical fuse)로 작용하여 과전류 시에 절단되어 단락 방지 기능을 수행할 수 있다. 금속박막층의 두께를 조절하여 한계 전류 및 최대 전류를 조절할 수 있다. 금속박막층은 베이스 필름 상에 전착되거나(plated), 증착(deposited) 될 수 있다. 금속박막층의 두께가 얇아지면 전극집전체의 한계 전류 및/또는 최대 전류가 감소하므로 단락 시의 리튬전지의 안정성이 향상될 수 있다. 금속박막층 상에 외부와 연결을 위하여 리드탭이 추가될 수 있다. 리드탭은 초음파 용접(ultrasonic welding), 레이저 용접(laser welding), 스폿 용접(spot welding) 등에 의하여 금속박막층 또는 금속박막층/베이스 필름 적층체에 용접될 수 있다. 용접 시에 베이스 필름 및/또는 금속박막층이 녹으면서 금속박막층이 리드탭에 전기적으로 연결될 수 있다. 금속박막층과 리드탭의 용접을 보다 견고하게 하기 위하여, 금속박막층과 리드탭 사이에 금속편(metal chip)이 추가될 수 있다. 금속편은 금속박막층의 금속과 동일한 재료의 박편일 수 있다. 금속편은 예를 들어 금속 호일, 금속 메쉬 등일 수 있다. 금속편은 예를 들어 알루미늄 호일, 구리 호일, SUS 호일 등일 수 있다. 금속박막층 상에 금속편을 배치한 후 리드탭과 용접함에 의하여 리드탭이 금속편/금속박막층 적층체 또는 금속편/금속박막층/베이스필름 적층체에 용접될 수 있다. 용접 시에 베이스 필름, 금속박막층 및/또는 금속편이 녹으면서 금속박막층 또는 금속박막층/금속편 적층체가 리드탭에 전기적으로 연결될 수 있다. 금속박막층 상의 일부에 금속편(metal chip) 및/또는 리드탭이 추가될 수 있다. 베이스 필름의 두께는 예를 들어 1 내지 50 ㎛, 1.5 내지 50 ㎛, 1.5 내지 40 ㎛, 또는 1 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 베이스 필름이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 전극조립체의 무게를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. 베이스 필름의 융점은 예를 들어 100 내지 300 ℃, 100 내지 250 ℃ 이하, 도는 100 내지 200 ℃ 일 수 있다. 베이스 필름이 이러한 범위의 융점을 가짐에 의하여 리드탭을 용접하는 과정에서 베이스 필름이 용융되어 리드탭에 용이하게 결합될 수 있다. 베이스 필름과 금속박막층의 접착력 향상을 위하여 베이스 필름 상에 코로나 처리와 같은 표면 처리가 수행될 수 있다. 금속박막층의 두께는 예를 들어 0.01 내지 3 ㎛, 0.1 내지 3 ㎛, 0.1 내지 2 ㎛ 또는 0.1 내지 ㎛ 일 수 있다. 금속박막층이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 전도성을 유지하면서 전극조립체의 안정성을 확보할 수 있다. 금속편의 두께는 예를 들어 2 내지 10 ㎛, 2 내지 7 ㎛, 또는 4 내지 6 ㎛ 일 수 있다. 금속편이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 금속박막층과 리드탭의 연결이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 전극집전체가 이러한 구조를 가짐에 의하여 전극의 무게를 감소시키고 결과적으로 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 전극집전체는 예를 들어 양극집전체일 수 있다. 전극집전체는 예를 들어 음극집전체일 수 있다.The electrode current collector may include, for example, a base film and a metal thin film layer disposed on one or both sides of the base film. The electrode current collector may include a substrate, and the substrate may have a structure including, for example, a base film and a metal thin film layer disposed on one or both sides of the base film. The intermediate layer (150, 150a, 150b) described above may be additionally disposed on the metal thin film layer. The base film may include, for example, a polymer. The polymer may be, for example, a thermoplastic polymer. The polymer may include, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polybutylene terephthalate (PBT), polyimide (PI), or a combination thereof. Since the base film includes a thermoplastic polymer, the base film may melt when a short circuit occurs, thereby suppressing a rapid increase in current. The base film may be, for example, an insulator. The metal film layer may include, for example, copper (Cu), stainless steel, titanium (Ti), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or an alloy thereof. The metal film layer may act as an electrochemical fuse and may be cut off when overcurrent occurs to prevent a short circuit. The limit current and the maximum current may be controlled by controlling the thickness of the metal film layer. The metal film layer may be plated or deposited on the base film. When the thickness of the metal film layer decreases, the limit current and/or the maximum current of the electrode current collector decrease, so that the stability of the lithium battery in the event of a short circuit may be improved. A lead tab may be added to the metal film layer for connection to the outside. The lead tab may be welded to the metal film layer or the metal film layer/base film laminate by ultrasonic welding, laser welding, spot welding, or the like. When the base film and/or the metal film layer are melted during welding, the metal film layer may be electrically connected to the lead tab. In order to make the welding of the metal film layer and the lead tab more solid, a metal chip may be added between the metal film layer and the lead tab. The metal chip may be a metal chip made of the same material as the metal of the metal film layer. The metal chip may be, for example, a metal foil, a metal mesh, etc. The metal chip may be, for example, aluminum foil, copper foil, SUS foil, etc. By arranging the metal chip on the metal film layer and then welding it with the lead tab, the lead tab may be welded to the metal chip/metal film layer laminate or the metal chip/metal film layer/base film laminate. During welding, the base film, the metal film layer, and/or the metal chip may be melted, so that the metal film layer or the metal film layer/metal chip laminate may be electrically connected to the lead tab. The metal chip and/or the lead tab may be added to a portion of the metal film layer. The thickness of the base film can be, for example, 1 to 50 ㎛, 1.5 to 50 ㎛, 1.5 to 40 ㎛, or 1 to 30 ㎛. When the base film has a thickness in this range, the weight of the electrode assembly can be reduced more effectively. The melting point of the base film can be, for example, 100 to 300 ℃, 100 to 250 ℃ or less, or 100 to 200 ℃. When the base film has a melting point in this range, the base film can be melted during the process of welding the lead tab and easily bonded to the lead tab. In order to improve the adhesion between the base film and the metal film layer, a surface treatment such as corona treatment can be performed on the base film. The thickness of the metal film layer can be, for example, 0.01 to 3 ㎛, 0.1 to 3 ㎛, 0.1 to 2 ㎛, or 0.1 to ㎛. By having a thickness in this range of the metal film layer, the stability of the electrode assembly can be secured while maintaining conductivity. The thickness of the metal piece can be, for example, 2 to 10 ㎛, 2 to 7 ㎛, or 4 to 6 ㎛. By having a thickness in this range of the metal piece, the connection between the metal film layer and the lead tab can be performed more easily. By having the electrode current collector having this structure, the weight of the electrode can be reduced, and as a result, the energy density can be improved. The electrode current collector can be, for example, a positive electrode current collector. The electrode current collector can be, for example, a negative electrode current collector.
건식 전극의 제조에 사용되는 중간층(150, 150a, 150b)(interlayer)은 예를 들어 금속층(200)의 적어도 일면 상에 배치되어 적층체를 형성한다.An interlayer (150, 150a, 150b) used in the manufacture of a dry electrode is, for example, arranged on at least one surface of a metal layer (200) to form a laminate.
금속층(200) 및 금속층(200)의 일면 상에 배치되는 중간층(150, 150a, 150b)을 더 포함하는 적층체는 예를 들어 하기 방법으로 제조될 수 있다.A laminate further including a metal layer (200) and an intermediate layer (150, 150a, 150b) disposed on one surface of the metal layer (200) can be manufactured, for example, by the following method.
금속층(200)의 재료는 상기 전극집전체 부분을 참조한다. 양극집전체로 사용하는 금속층(200)은 예를 들어 알루미늄 호일이다. 음극집전체로 사용하는 금속층(200)은 예를 들어 구리 호일이다. 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 하나 이상의 중간층(150, 150a, 150b)을 배치하는 방법은 예를 들어 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 건식 또는 습식으로 중간층(150, 150a, 150b)을 배치한다. 습식 코팅은 예를 들어 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 탄소계 도전재 및 바인더를 포함하는 조성물을 코팅한다. 조성물은 예를 들어, 탄소계 도전재, 바인더 및 공정 용매를 포함한다. 탄소계 도전재 및 바인더에 대하여는 상술한 전극 부분을 참조한다. 공정 용매는 전극 슬러리의 제조시에 사용되는 용매 중에서 선택될 수 있다. 공정 용매는 조성물이 금속층(200) 상에 코팅된 후에 건조에 의하여 제거된다. 코팅 방법은 스핀 코팅, 딥 코팅 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용하는 코팅 방법이라면 모두 가능하다. 건식 코팅은 예를 들어, 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 탄소계 도전재 및/또는 이의 전구체를 증착 등에 의하여 코팅한다. 증착은 상온 내지 고온의 온도에서 상압 내지 진공의 압력에서 수행된다. 건식 코팅에 의하여 배치되는 중간층(150, 150a, 150b)은 탄소계 재료로 이루어지면 바인더를 포함하지 않을 수 있다.The material of the metal layer (200) refers to the electrode current collector part. The metal layer (200) used as the positive electrode current collector is, for example, aluminum foil. The metal layer (200) used as the negative electrode current collector is, for example, copper foil. The method of arranging one or more intermediate layers (150, 150a, 150b) on one side or both sides of the metal layer (200) is, for example, dry or wet arranging the intermediate layers (150, 150a, 150b) on one side or both sides of the metal layer (200). Wet coating coats, for example, a composition including a carbon-based conductive material and a binder on one side or both sides of the metal layer (200). The composition includes, for example, a carbon-based conductive material, a binder, and a process solvent. For the carbon-based conductive material and the binder, refer to the electrode part described above. The process solvent may be selected from solvents used in the preparation of an electrode slurry. The process solvent is removed by drying after the composition is coated on the metal layer (200). The coating method may be spin coating, dip coating, or the like, but is not limited thereto, and any coating method used in the relevant technical field may be used. Dry coating, for example, coats a carbon-based conductive material and/or a precursor thereof on one or both sides of the metal layer (200) by deposition, etc. The deposition is performed at a temperature of room temperature to high temperature and a pressure of normal pressure to vacuum. The intermediate layer (150, 150a, 150b) disposed by dry coating may not include a binder if it is made of a carbon-based material.
중간층(150, 150a, 150b)의 두께는 예를 들어 금속층(200) 두께의 30 % 이하, 25 % 이하, 20 % 이하, 15 % 이하, 10 % 이하, 5 % 이하, 또는 3 % 이하이다. 중간층(150, 150a, 150b)의 두께는 예를 들어 금속층(200) 두께의 0.01 내지 30 %, 0.1 내지 30 %, 0.5 내지 30 %, 1 내지 25 %, 1 내지 20 %, 1 내지 15 %, 1 내지 10 %, 1 내지 5 %, 또는 1 내지 3 %이다. 중간층(150, 150a, 150b)의 두께는 예를 들어 10 nm 내지 5 ㎛, 50 nm 내지 5 ㎛, 200 nm 내지 4 ㎛, 500 nm 내지 3 ㎛, 500 nm 내지 2 ㎛, 500 nm 내지 1.5 ㎛, 700 nm 내지 1.3 ㎛ 이다. 중간층(150, 150a, 150b)이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 또는 금속층(200)과 건식 전극활물질층 사이의 결착력이 더욱 향상되고, 계면 저항의 증가가 억제된다.The thickness of the intermediate layer (150, 150a, 150b) is, for example, 30% or less, 25% or less, 20% or less, 15% or less, 10% or less, 5% or less, or 3% or less of the thickness of the metal layer (200). The thickness of the intermediate layer (150, 150a, 150b) is, for example, 0.01 to 30%, 0.1 to 30%, 0.5 to 30%, 1 to 25%, 1 to 20%, 1 to 15%, 1 to 10%, 1 to 5%, or 1 to 3% of the thickness of the metal layer (200). The thickness of the intermediate layer (150, 150a, 150b) is, for example, 10 nm to 5 ㎛, 50 nm to 5 ㎛, 200 nm to 4 ㎛, 500 nm to 3 ㎛, 500 nm to 2 ㎛, 500 nm to 1.5 ㎛, 700 nm to 1.3 ㎛. When the intermediate layer (150, 150a, 150b) has a thickness in this range, the bonding force between the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) or the metal layer (200) and the dry electrode active material layer is further improved, and an increase in the interfacial resistance is suppressed.
중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 바인더를 포함한다. 중간층(150, 150a, 150b)이 바인더를 포함함에 의하여 금속층(200)과 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 또는 금속층(200)과 건식 전극활물질층의 결착력이 더욱 향상될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 포함하는 바인더는 예를 들어 전도성 바인더 또는 비전도성 바인더이다. 전도성 바인더는 예를 들어 이온 전도성 바인더, 및/또는 전자 전도성 바인더이다. 이온 전도성 및 전자 전도성을 모두 가지는 바인더는 이온 전도성 바인더에도 속하고 전자 전도성 바인더에도 속할 수 있다.The intermediate layer (150, 150a, 150b) includes, for example, a binder. Since the intermediate layer (150, 150a, 150b) includes a binder, the bonding strength between the metal layer (200) and the dry electrode film (100, 100a, 100b) or the metal layer (200) and the dry electrode active material layer can be further improved. The binder included in the intermediate layer (150, 150a, 150b) is, for example, a conductive binder or a non-conductive binder. The conductive binder is, for example, an ion-conductive binder and/or an electron-conductive binder. A binder having both ion conductivity and electron conductivity can belong to both an ion-conductive binder and an electron-conductive binder.
이온 전도성 바인더는 예를 들어, 폴리스티렌술포네이트(PSS), 폴리비닐리덴 플로라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene), 폴리플루오린화비닐(PVF, Polyvinyl Fluoride), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF, polyvinylidene fluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly(methylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아닐린, 및 폴리아세틸렌 등이다. 이온 전도성 바인더는 극성 작용기를 포함할 수 있다. 극성 작용기를 포함하는 이온 전도성 바인더는 예를 들어, 나피온(Nafion), 아퀴비온 (Aquivion), 플레미온 (Flemion), 고어 (Gore), 에이씨플렉스 (Aciplex), 모간 에이디피(Morgane ADP), 설포네이티드 폴리(에테르에테르케톤)(sulfonated poly(ether ether ketone), SPEEK), 설포네이티드 포리(아릴렌에테르케톤케톤)(sulfonated poly(arylene ether ketone ketone sulfone), SPAEKKS), 설포네이티드 폴리(아릴에테르케톤)(sulfonated poly(aryl ether ketone, SPAEK), 폴리[비스(벤즈이마다조벤즈이소퀴놀리논)(poly[bis(benzimidazobenzisoquinolinones)], SPBIBI), 폴리스티렌 설포네이트(Poly(styrene sulfonate), PSS), 리튬 9,10-디페닐아틀라센-2-설포네이트(lithium 9,10-diphenylanthracene-2-sulfonate, DPASLi+)등이다. 전자 전도성 바인더는 예를 들어 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(p-페닐렌)(poly(p-phenylene)), 폴리페닐렌비닐렌(poly(phenylenevinylene)), 폴리(페닐렌설파이드)(poly(phenylenesulfide)), 폴리아닐린(polyaniline) 등이다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 전도성 고분자를 포함하는 도전층일 수 있다.Ion-conducting binders include, for example, polystyrene sulfonate (PSS), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), polyaniline, and polyacetylene. Ion-conducting binders may include polar functional groups. Ion-conducting binders including polar functional groups include, for example, Nafion, Aquivion, Flemion, Gore, ACPLEX. (Aciplex), Morgane ADP, sulfonated poly(ether ether ketone), SPEEK, sulfonated poly(arylene ether ketone ketone sulfone), SPAEKKS, sulfonated poly(aryl ether ketone, SPAEK), poly[bis(benzimidazobenzisoquinolinones)], SPBIBI, poly(styrene sulfonate), PSS, lithium 9,10-diphenylanthracene-2-sulfonate, DPASLi + , etc. Electronically conductive binders include, for example, Examples of the conductive layer include polyacetylene, polythiophene, polypyrrole, poly(p-phenylene), poly(phenylenevinylene), poly(phenylenesulfide), polyaniline, etc. The intermediate layer (150, 150a, 150b) may be a conductive layer including, for example, a conductive polymer.
중간층(150, 150a, 150b)이 포함하는 바인더는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 포함하는 바인더 중에서 선택될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 동일한 바인더를 포함할 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 포함하는 바인더는 예를 들어 불소계 바인더이다. 중간층(150, 150a, 150b)이 포함하는 불소계 바인더는 예를 들어 폴리불화비니리덴(PVDF)이다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 건식 또는 습식으로 금속층(200) 상에 배치된다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 바인더를 포함하는 결착층일 수 있다.The binder included in the intermediate layers (150, 150a, 150b) can be selected from the binders included in the dry electrode films (100, 100a, 100b). The intermediate layers (150, 150a, 150b) can include the same binder as the dry electrode films (100, 100a, 100b). The binder included in the intermediate layers (150, 150a, 150b) is, for example, a fluorinated binder. The fluorinated binder included in the intermediate layers (150, 150a, 150b) is, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF). The intermediate layers (150, 150a, 150b) are disposed on the metal layer (200) in a dry or wet manner, for example. The intermediate layer (150, 150a, 150b) may be a binding layer including, for example, a binder.
중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 탄소계 도전재를 더 포함할 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 포함하는 탄소계 도전재는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 포함하는 탄소계 도전재 중에서 선택될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 전극활물질층과 동일한 탄소계 도전재를 포함할 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)이 탄소계 도전재를 포함함에 의하여 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 도전층일 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 바인더와 탄소계 도전재를 포함하는 도전층일 수 있다.The intermediate layers (150, 150a, 150b) may further include, for example, a carbon-based conductive material. The carbon-based conductive material included in the intermediate layers (150, 150a, 150b) may be selected from the carbon-based conductive materials included in the dry electrode films (100, 100a, 100b). The intermediate layers (150, 150a, 150b) may include the same carbon-based conductive material as the electrode active material layer. Since the intermediate layers (150, 150a, 150b) include a carbon-based conductive material, the intermediate layers (150, 150a, 150b) may be, for example, conductive layers. The intermediate layers (150, 150a, 150b) may be, for example, conductive layers including a binder and a carbon-based conductive material.
중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 스핀 코팅, 딥 코팅 등에 의하여 습식으로 금속층(200) 상에 배치될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 탄소계 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 조성물을 금속층(200) 표면 상에 코팅하고 건조시킴에 의하여 금속층(200) 상에 배치될 수 있다. 다르게는, 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 CVD, PVD 등의 증착에 의하여 건식으로 금속층(200) 상에 배치될 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)은 예를 들어 탄소계 도전재를 증착에 의하여 금속층(200) 상에 증착함에 의하여 금속층(200) 상에 배치될 수 있다. 건식 코팅된 중간층(150, 150a, 150b)은 탄소계 도전재로 이루어지며 바인더를 포함하지 않을 수 있다. 중간층(150, 150a, 150b)은 단층 구조 또는 복수의 층을 포함하는 다층 구조일 수 있다.The intermediate layers (150, 150a, 150b) can be disposed on the metal layer (200) in a wet manner, for example, by spin coating, dip coating, or the like. The intermediate layers (150, 150a, 150b) can be disposed on the metal layer (200) in a dry manner, for example, by deposition, such as CVD or PVD, by depositing a carbon-based conductive material on the metal layer (200) in a wet manner, for example, by spin coating, dip coating, or the like. The dry-coated intermediate layer (150, 150a, 150b) is made of a carbon-based conductive material and may not include a binder. The intermediate layer (150, 150a, 150b) may have a single-layer structure or a multi-layer structure including a plurality of layers.
건식 전극의 제조에 사용되는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 건식으로 제조되므로 의도적으로 첨가되는 공정 용매를 포함하지 않는다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 잔류 공정 용매(residual processing solvent)을 포함하지 않는다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 내에 의도하지 않는 미량의 용매가 잔류할 수 있으나, 이러한 용매는 의도적으로 첨가된 공정 용매가 아니다. 따라서, 건식 전극필름(100, 100a, 100b)으로부터 제조되는 건식 전극활물질층은, 전극 구성 성분과 공정 용매를 혼합한 후 건조에 의하여 공정 용매의 일부 또는 전부를 제거하고 제조된 습식 전극활물질층과 구별된다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) used in the manufacture of the dry electrode is manufactured dry and therefore does not contain an intentionally added process solvent. The dry electrode film (100, 100a, 100b) does not contain, for example, a residual processing solvent. Although a trace amount of unintended solvent may remain in the dry electrode film (100, 100a, 100b), such solvent is not an intentionally added process solvent. Therefore, the dry electrode active material layer manufactured from the dry electrode film (100, 100a, 100b) is distinguished from a wet electrode active material layer manufactured by mixing an electrode component and a process solvent and then removing part or all of the process solvent by drying.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 건식 전극활물질을 포함한다. 건식 전극활물질은 예를 들어 공정 용매에 함침되거나 용해되거나 분산되지 않은 전극활물질이다. 건식 전극활물질은 예를 들어 공정 용매를 포함하거나 공정 용매와 접촉하지 않는 전극활물질이다. 건식 전극활물질은 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 및 건식 전극의 제조 과정에서 공정 용매와 접촉하지 않는 전극활물질이다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) includes a dry electrode active material. The dry electrode active material is, for example, an electrode active material that is not impregnated, dissolved, or dispersed in a process solvent. The dry electrode active material is, for example, an electrode active material that includes a process solvent or does not come into contact with a process solvent. The dry electrode active material is, for example, an electrode active material that does not come into contact with a process solvent during the manufacturing process of the dry electrode film (100, 100a, 100b) and the dry electrode.
건식 전극활물질은 예를 들어 건식 양극활물질이다.Dry electrode active materials are, for example, dry cathode active materials.
양극활물질은 예를 들어 리튬금속산화물로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 모두 사용될 수 있다.The cathode active material may be, for example, lithium metal oxide, and any material commonly used in the art may be used without limitation.
양극활물질은 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합에서 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는, LiaA1-bB'bD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bB'bO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bB'bO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobB'cDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobB'cO2-αF'α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobB'cO2-αF'α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbB'cDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'α(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbB'cO2-αF'2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiI'O2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다:The cathode active material may be, for example, at least one of a composite oxide of lithium and a metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof, and specific examples thereof include Li a A 1-b B' b D 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, and 0 ≤ b ≤ 0.5); Li a E 1-b B' b O 2-c D c (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); LiE 2-b B' b O 4-c D c (wherein 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05); Li a Ni 1-bc Co b B' c D α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b B' c O 2-α F' α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Co b B' c O 2-α F' α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B' c D α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B' c O 2-α F' α (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni 1-bc Mn b B' c O 2-α F' 2 (in the above formula, 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α <2); Li a Ni b E c G d O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1); Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1); Li a NiG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a CoG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a MnG b O 2 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); Li a Mn 2 G b O 4 (wherein 0.90 ≤ a ≤ 1, 0.001 ≤ b ≤ 0.1); QO 2 ; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiI'O 2 ; LiNiVO 4 ; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0 ≤ f ≤ 2); Any compound represented by the chemical formula LiFePO 4 can be used:
상술한 화합물을 표현하는 화학식에서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B'는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F'는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I'는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.In the chemical formula representing the compound described above, A is Ni, Co, Mn, or a combination thereof; B' is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element, or a combination thereof; D is O, F, S, P, or a combination thereof; E is Co, Mn, or a combination thereof; F' is F, S, P, or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn, or a combination thereof; I' is Cr, V, Fe, Sc, Y, or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, or a combination thereof.
상술한 화합물 표면에 코팅층이 부가된 화합물의 사용도 가능하며, 상술한 화합물과 코팅층이 부가된 화합물의 혼합물의 사용도 가능하다. 상술한 화합물의 표면에 부가되는 코팅층은 예를 들어 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함한다. 이러한 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질이다. 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물이다. 코팅층 형성 방법은 양극활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 범위 내에서 선택된다. 코팅 방법은 예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등이다. 구체적인 코팅 방법은 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.It is also possible to use a compound having a coating layer added to the surface of the above-described compound, and it is also possible to use a mixture of the above-described compound and the compound having a coating layer added. The coating layer added to the surface of the above-described compound includes, for example, a coating element compound of an oxide, a hydroxide, an oxyhydroxide of the coating element, an oxycarbonate of the coating element, or a hydroxycarbonate of the coating element of the coating element. The compound forming the coating layer is amorphous or crystalline. The coating elements included in the coating layer are Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr, or mixtures thereof. The method for forming the coating layer is selected within a range that does not adversely affect the properties of the positive electrode active material. The coating method is, for example, spray coating, dipping, etc. Since the specific coating method is well understood by those engaged in the relevant field, a detailed description thereof will be omitted.
양극활물질은 예를 들어 복합양극활물질이다. The cathode active material is, for example, a composite cathode active material.
복합양극활물질은, 예를 들어, 리튬전이금속산화물을 포함하는 코어(core); 및 상기 코어의 표면을 따라 배치되는 쉘(shell);을 포함하며, 상기 쉘이 화학식 MaOb (0<a≤3, 0<b<4, a가 1, 2, 또는 3 이면, b는 정수가 아님)로 표시되는 1종 이상의 제1 금속산화물; 및 그래핀을 포함하며, 상기 제1 금속산화물이 그래핀 메트릭스 내에 배치되며, 상기 M은 원소주기율표 2족 내지 13족, 제15족 및 16족 중에서 선택된 하나 이상의 금속이며, 상기 리튬전이금속산화물이 니켈을 함유하며, 니켈 함량이 전이금속 전체 몰수 에 대하여 80mol%이상이다. 복합양극활물질의 코어 상에 제1 금속산화물 및 그래핀을 포함하는 쉘이 배치된다.The composite cathode active material includes, for example, a core including a lithium transition metal oxide; and a shell disposed along a surface of the core, wherein the shell includes at least one first metal oxide represented by the chemical formula M a O b (0<a≤3, 0<b<4, when a is 1, 2, or 3, b is not an integer); and graphene, wherein the first metal oxide is disposed within a graphene matrix, wherein M is at least one metal selected from
종래의 그래핀은 응집됨에 의하여 코어 상에 균일한 코팅이 어렵다. 이에 반해, 상기 복합양극활물질은 그래핀 메트릭스에 배치된 복수의 제1 금속산화물을 포함하는 복합체를 사용함에 의하여, 그래핀의 응집을 방지하면서 코어 상에 균일한 쉘이 배치된다. 따라서, 코어와 전해액의 접촉을 효과적으로 차단함에 의하여 코어와 전해질의 접촉에 의한 부반응을 방지한다. 또한, 전해액에 의한 니켈 이온의 환원(Ni3+->Ni2+) 및 양이온 믹싱(cation mixing)이 억제됨에 의하여 NiO phase와 같은 저항층의 생성이 억제된다. 또한, 니켈 이온의 용출도 억제된다. 그래핀을 포함하는 쉘(shell)은 유연성을 가지므로 충방전시 복합양극활물질의 부피 변화를 용이하게 수용함에 의하여 복합양극활물질 내부의 크랙(crack) 발생이 억제된다. 그래핀은 높은 전자전도성을 가지므로, 복합양극활물질과 전해액 사이의 계면 저항이 감소한다. 따라서, 그래핀을 포함하는 쉘(shell)이 도입됨에도 불구하고 리튬전지의 내부 저항이 유지되거나 감소된다. 또한, 제1 금속산화물이 내전압성을 가지므로 고전압에서의 충방전 시에 코어가 포함하는 리튬전이금속산화물의 열화를 방지할 수 있다. 결과적으로, 복합양극활물질을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성 및 고온 안정성이 향상된다. 쉘은 예를 들어 1종의 제1 금속산화물 또는 2종 이상의 서로 다른 제1 금속산화물을 포함할 수 있다. 또한, 복합양극활물질에서 리튬전이금속산화물은 전체 전이금속 몰수에 대하여 80mol% 이상의 높은 니켈 함량을 가지면서도, 코어 상에 제1 금속산화물과 그래핀을 포함하는 쉘이 배치됨에 의하여 높은 방전 용량과 사이클 특성을 동시에 제공할 수 있다. 따라서, 80mol% 이상의 높은 니켈 함량을 가지는 복합양극활물질은 니켈 함량이 상대적으로 낮은 복합양극활물질에 비하여 향상된 용량을 제공하면서도, 여전히 우수한 수명 특성을 제공할 수 있다. 제1 금속산화물이 포함하는 금속은 예를 들어, Al, Nb, Mg, Sc, Ti, Zr, V, W, Mn, Fe, Co, Pd, Cu, Ag, Zn, Sb, 및 Se 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. Conventional graphene is difficult to uniformly coat on the core due to agglomeration. In contrast, the composite cathode active material uses a composite including a plurality of first metal oxides arranged in a graphene matrix, thereby preventing agglomeration of graphene and disposing a uniform shell on the core. Accordingly, contact between the core and the electrolyte is effectively blocked, thereby preventing side reactions due to contact between the core and the electrolyte. In addition, reduction of nickel ions (Ni 3+ -> Ni 2+ ) and cation mixing by the electrolyte are suppressed, thereby suppressing the generation of a resistance layer such as a NiO phase. In addition, dissolution of nickel ions is also suppressed. Since the shell including graphene is flexible, it easily accommodates changes in the volume of the composite cathode active material during charge and discharge, thereby suppressing the occurrence of cracks inside the composite cathode active material. Since graphene has high electronic conductivity, the interfacial resistance between the composite cathode active material and the electrolyte is reduced. Accordingly, the internal resistance of the lithium battery is maintained or reduced despite the introduction of the shell including graphene. In addition, since the first metal oxide has withstand voltage, deterioration of the lithium transition metal oxide included in the core can be prevented during charge/discharge at high voltage. As a result, the cycle characteristics and high-temperature stability of the lithium battery including the composite cathode active material are improved. The shell may include, for example, one kind of first metal oxide or two or more different first metal oxides. In addition, in the composite cathode active material, the lithium transition metal oxide has a high nickel content of 80 mol% or more with respect to the total mole number of transition metals, and can simultaneously provide high discharge capacity and cycle characteristics by disposing the shell including the first metal oxide and graphene on the core. Therefore, the composite cathode active material having a high nickel content of 80 mol% or more can provide improved capacity compared to a composite cathode active material having a relatively low nickel content, while still providing excellent life characteristics. The metal included in the first metal oxide may be, for example, one or more selected from Al, Nb, Mg, Sc, Ti, Zr, V, W, Mn, Fe, Co, Pd, Cu, Ag, Zn, Sb, and Se.
제1 금속산화물은 예를 들어 Al2Oz(0<z<3), NbOx(0<x<2.5), MgOx(0<x<1), Sc2Oz(0<z<3), TiOy(0<y<2), ZrOy(0<y<2), V2Oz(0<z<3), WOy(0<y<2), MnOy(0<y<2), Fe2Oz(0<z<3), Co3Ow(0<w<4), PdOx(0<x<1), CuOx(0<x<1), AgOx(0<x<1), ZnOx(0<x<1), Sb2Oz(0<z<3), 및 SeOy(0<y<2) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 그래핀 메트릭스 내에 이러한 제1 금속산화물이 배치됨에 의하여 코어 상에 배치된 쉘의 균일성이 향상되고, 복합양극활물질의 내전압성이 더욱 향상된다. 예를 들어, 쉘은 제1 금속산화물로 Al2Ox(0<x<3)를 포함한다. 쉘은 화학식 MaOc (0<a≤3, 0<c≤4, a가 1, 2, 또는 3 이면, c는 정수임)로 표시되는 1종 이상의 제2 금속산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 M은 원소주기율표 2족 내지 13족, 제15족 및 16족 중에서 선택된 하나 이상의 금속이다. 예를 들어, 제2 금속산화물은 상기 제1 금속산화물과 동일한 금속을 포함하며, 제2 금속산화물의 a 와 c의 비율인 c/a가 상기 제1 금속산화물의 a 와 b의 비율인 b/a에 비하여 더 큰 값을 가진다. 예를 들어, c/a >b/a 이다. 제2 금속산화물은 예를 들어 Al2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, MgO, Sc2O3, TiO2, ZrO2, V2O3, WO2, MnO2, Fe2O3, Co3O4, PdO, CuO, AgO, ZnO, Sb2O3, 및 SeO2 중에서 선택된다. 제1 금속산화물은 제2 금속산화물의 환원 생성물이다. 제2 금속산화물의 일부 또는 전부가 환원됨에 의하여 제1 금속산화물이 얻어진다. 따라서, 제1 금속산화물은 제2 금속산화물에 비하여 산소 함량이 낮고, 금속의 산화수가 더 높다. 예를 들어, 쉘은 제1 금속산화물인 Al2Ox(0<x<3) 및 제2 금속산화물인 Al2O3를 포함한다. 복합양극활물질에서 예를 들어 쉘이 포함하는 그래핀과 코어가 포함하는 리튬전이금속산화물의 전이금속이 화학 결합을 통하여 화학적으로 결합된다(bound). 쉘이 포함하는 그래핀의 탄소 원자(C)와 상기 리튬전이금속산화물의 전이금속(Me)은 예를 들어 산소 원자를 매개로 C-O-Me 결합(예를 들어, C-O-Ni 결합)을 통하여 화학적으로 결합된다(bound). 쉘이 포함하는 그래핀과 코어가 포함하는 리튬전이금속산화물이 화학 결합을 통하여 화학적으로 결합됨에 의하여 코어와 쉘이 복합화된다. 따라서, 그래핀과 리튬전이금속산화물의 단순한 물리적 혼합물과 구별된다. 또한, 쉘이 포함하는 제1 금속산화물과 그래핀도 화학 결합을 통하여 화학적으로 결합된다(bound). 여기서, 화학결합은 예를 들어 공유결합 또는 이온결합이다. 공유결합은 예를 들어 에스테르기, 에테르기, 카르보닐기, 아미드기, 카보네이트 무수물기 및 산무수물기 중 적어도 하나를 포함하는 결합이다. 이온결합은 예를 들어 카르복실산 이온, 암모늄 이온, 아실 양이온기 등을 포함하는 결합이다. 쉘의 두께는 예를 들어 1 nm 내지 5 um, 1 nm 내지 1 um, 1 nm 내지 500 nm, 1 nm 내지 200 nm, 1 nm 내지 100 nm, 1 nm 내지 90 nm, 1 nm 내지 80 nm, 1 nm 내지 70 nm, 1 nm 내지 60 nm, 1 nm 내지 50 nm, 1 nm 내지 40 nm, 1 nm 내지 30 nm, 1 nm 내지 20 nm, 또는 1 nm 내지 10 nm이다. 쉘이 이러한 범위의 두께를 가짐에 의하여 복합양극활물질이 포함하는 리튬전지의 내부 저항 증가가 억제된다.The first metal oxide may be, for example, at least one selected from Al 2 O z (0<z<3), NbO x (0<x<2.5), MgO x (0<x<1), Sc 2 O z (0<z<3), TiO y (0<y<2), ZrO y (0<y<2), V 2 O z (0<z<3), WO y (0<y<2), MnO y (0<y<2), Fe 2 O z (0<z<3), Co 3 O w (0<w<4), PdO x (0<x<1), CuO x (0<x<1), AgO x (0<x<1), ZnO x (0<x<1), Sb 2 O z (0<z<3), and SeO y (0<y<2). By arranging the first metal oxide within the graphene matrix, the uniformity of the shell arranged on the core is improved, and the withstand voltage of the composite cathode active material is further improved. For example, the shell includes Al 2 O x (0<x<3) as the first metal oxide. The shell may further include at least one second metal oxide represented by the chemical formula M a O c (0<a≤3, 0<c≤4, when a is 1, 2, or 3, c is an integer). The M is at least one metal selected from
복합양극활물질이 포함하는 복합체의 함량은 복합양극활물질 전체 중량의 3wt% 이하, 2wt% 이하, 1wt% 이하, 0.5wt% 이하, 0.2wt% 이하 일 수 있다. 복합체의 함량은 복합양극활물질 전체 중량의 0.01wt% 내지 3wt%, 0.01wt% 내지 1wt%, 0.01wt% 내지 0.7wt%, 0.01wt% 내지 0.6wt%, 0.1wt% 내지 0.5wt%, 0.01wt% 내지 0.2wt%, 0.01wt% 내지 0.1wt%, 또는 0.03wt% 내지 0.07wt%일 수 있다. 복합양극활물질이 이러한 범위의 복합체를 포함함에 의하여 복합양극활물질을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성이 더욱 향상된다. 복합체가 포함하는 제1 금속산화물 및 제2 금속산화물 중에서 선택된 하나 이상의 평균입경은 1 nm 내지 1 um, 1 nm 내지 500 nm, 1 nm 내지 200 nm, 1 nm 내지 100 nm, 1 nm 내지 70 nm, 1 nm 내지 50 nm, 1 nm 내지 30 nm, 3 nm 내지 30 nm, 3 nm 내지 25 nm, 5 nm 내지 25 nm, 5 nm 내지 20 nm, 또는 7 nm 내지 20 nm일 수 있다. 제1 금속산화물 및/또는 제2 금속산화물이 이러한 나노 범위의 입경을 가짐에 의하여 복합체의 그래핀 메트릭스 내에 보다 균일하게 분포될 수 있다. 따라서, 이러한 복합체가 응집 없이 코어 상에 균일하게 코팅되어 쉘을 형성할 수 있다. 또한, 제1 금속산화물 및/또는 제2 금속산화물이 이러한 범위의 입경을 가짐에 의하여 코어 상에 보다 균일하게 배치될 수 있다. 따라서, 코어 상에 제1 금속산화물 및/또는 제2 금속산화물이 균일하게 배치됨에 의하여 내전압 특성을 보다 효과적으로 발휘할 수 있다. 제1 금속산화물 및 제2 금속산화물의 평균 입경은 예를 들어 레이저 회절 방식이나 동적 광산란 방식의 측정 장치를 사용하여 측정한다. 평균 입경은 예를 들어 레이저 산란 입도 분포계(예를 들어, 호리바사 LA-920)를 이용하여 측정하고, 부피 환산에서의 소입자 측에서부터 50% 누적되었을 때의 메디안 입자경(D50)의 값이다.The content of the composite included in the composite cathode active material may be 3 wt% or less, 2 wt% or less, 1 wt% or less, 0.5 wt% or less, or 0.2 wt% or less based on the total weight of the composite cathode active material. The content of the composite may be 0.01 wt% to 3 wt%, 0.01 wt% to 1 wt%, 0.01 wt% to 0.7 wt%, 0.01 wt% to 0.6 wt%, 0.1 wt% to 0.5 wt%, 0.01 wt% to 0.2 wt%, 0.01 wt% to 0.1 wt%, or 0.03 wt% to 0.07 wt% based on the total weight of the composite cathode active material. When the composite cathode active material includes the composite in this range, the cycle characteristics of a lithium battery including the composite cathode active material are further improved. The average particle size of at least one selected from the first metal oxide and the second metal oxide included in the composite may be 1 nm to 1 um, 1 nm to 500 nm, 1 nm to 200 nm, 1 nm to 100 nm, 1 nm to 70 nm, 1 nm to 50 nm, 1 nm to 30 nm, 3 nm to 30 nm, 3 nm to 25 nm, 5 nm to 25 nm, 5 nm to 20 nm, or 7 nm to 20 nm. Since the first metal oxide and/or the second metal oxide has particle sizes in this nano-range, they can be more uniformly distributed within the graphene matrix of the composite. Accordingly, the composite can be uniformly coated on the core without agglomeration to form a shell. In addition, since the first metal oxide and/or the second metal oxide has particle sizes in this range, they can be more uniformly arranged on the core. Therefore, the withstand voltage characteristics can be more effectively exhibited by uniformly arranging the first metal oxide and/or the second metal oxide on the core. The average particle diameter of the first metal oxide and the second metal oxide is measured using, for example, a measuring device of a laser diffraction method or a dynamic light scattering method. The average particle diameter is measured using, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, Horiba LA-920), and is the value of the median particle diameter (D50) when 50% is accumulated from the small particle side in volume conversion.
복합양극활물질이 포함하는 코어는 예를 들어 하기 화학식 1 내지 8로 표시되는 리튬전이금속산화물을 포함한다:The core included in the composite cathode active material includes, for example, a lithium transition metal oxide represented by the following
<화학식 1><
LiaCoxMyO2-bAb Li a Co x M y O 2-b A b
상기 화학식 1에서,In the
1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.9≤x≤1, 0≤y≤0.1, 및 x+y=1이고,1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.9≤x≤1, 0≤y≤0.1, and x+y=1,
M은 망간(Mn), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 보론(B) 또는 이들의 조합이고,M is manganese (Mn), niobium (Nb), vanadium (V), magnesium (Mg), gallium (Ga), silicon (Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al), boron (B), or a combination thereof,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합이며,A is F, S, Cl, Br or a combination of these,
<화학식 2><
LiaNixCoyMzO2-bAb Li a Ni x Co y M z O 2-b A b
상기 화학식 2에서,In the
1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.8≤x<1, 0≤y≤0.3, 0<z≤0.3, 및 x+y+z=1이고,1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0.8≤x<1, 0≤y≤0.3, 0<z≤0.3, and x+y+z=1,
M은 망간(Mn), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 보론(B) 또는 이들의 조합이고,M is manganese (Mn), niobium (Nb), vanadium (V), magnesium (Mg), gallium (Ga), silicon (Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al), boron (B), or a combination thereof,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합이며,A is F, S, Cl, Br or a combination of these,
<화학식 3><
LiNixCoyMnzO2 LiNi x Co y Mn z O 2
<화학식 4><
LiNixCoyAlzO2 LiNi x Co y Al z O 2
상기 화학식 3 내지 4에서, 0.8≤x≤0.95, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2 및 x+y+z=1이며,In the
<화학식 5><
LiNixCoyMnzAlwO2 LiNi x Co y Mn z Al w O 2
상기 화학식 5에서, 0.8≤x≤0.95, 0≤y≤0.2, 0<z≤0.2, 0<w≤0.2, 및 x+y+z+w=1이며,In the
<화학식 6><
LiaNixMnyM'zO2-bAb Li a Ni x Mn y M' z O 2-b A b
상기 화학식 6에서,In the
1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0<x≤0.3, 0.5≤y<1, 0<z≤0.3, 및 x+y+z=1이고,1.0≤a≤1.2, 0≤b≤0.2, 0<x≤0.3, 0.5≤y<1, 0<z≤0.3, and x+y+z=1,
M'는 코발트(Co), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 마그네슘(Mg), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 보론(B) 또는 이들의 조합이고,M' is cobalt (Co), niobium (Nb), vanadium (V), magnesium (Mg), gallium (Ga), silicon (Si), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu), zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al), boron (B), or a combination thereof,
A는 F, S, Cl, Br 또는 이들의 조합이며,A is F, S, Cl, Br or a combination of these,
<화학식 7><Chemical Formula 7>
LiaM1xM2yPO4-bXb Li a M1 x M2 y PO 4-b X b
상기 화학식 7에서, 0.90≤a≤1.1, 0≤x≤0.9, 0≤y≤0.5, 0.9<x+y<1.1, 0≤b≤2 이며, In the above chemical formula 7, 0.90≤a≤1.1, 0≤x≤0.9, 0≤y≤0.5, 0.9<x+y<1.1, 0≤b≤2,
M1이 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 조합이며,M1 is chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zirconium (Zr), or a combination thereof,
M2가 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티탄(Ti), 아연(Zn), 보론(B), 니오븀(Nb), 갈륨(Ga), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 바나듐(V), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y) 또는 이들의 조합이며, X가 O, F, S, P 또는 이들의 조합이다.M2 is magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), zinc (Zn), boron (B), niobium (Nb), gallium (Ga), indium (In), molybdenum (Mo), tungsten (W), aluminum (Al), silicon (Si), chromium (Cr), vanadium (V), scandium (Sc), yttrium (Y) or a combination thereof, and X is O, F, S, P or a combination thereof.
<화학식 8><Chemical Formula 8>
LiaM3zPO4 Li a M3 z PO 4
상기 화학식 8에서, 0.90≤a≤1.1, 0.9≤z≤1.1 이며,In the above chemical formula 8, 0.90≤a≤1.1, 0.9≤z≤1.1,
M3가 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 조합이다.M3 is chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zirconium (Zr), or a combination thereof.
건식 전극활물질은 예를 들어 건식 음극활물질이다.Dry electrode active materials are, for example, dry negative electrode active materials.
음극활물질은 당해 기술분야에서 리튬전지의 음극활물질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함한다. 리튬과 합금가능한 금속은 예를 들어 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등이다. 원소 Y는 예를 들어 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합이다. 전이금속 산화물은 예를 들어 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등이다. 비전이금속 산화물은 예를 들어 SnO2, SiOx(0<x<2) 등이다. 탄소계 재료는 예를 들어 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물이다. 결정질 탄소는 예를 들어 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연이다. 비정질 탄소는 예를 들어 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스 등이다.Any negative electrode active material that is used as a negative electrode active material of a lithium battery in the relevant technical field can be used. For example, it includes at least one selected from the group consisting of lithium metal, metals alloyable with lithium, transition metal oxides, non-transition metal oxides, and carbon-based materials. Metals alloyable with lithium include, for example, Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, but not Si), Sn-Y alloy (wherein Y is an alkali metal, an alkaline earth metal, a group 13 element, a group 14 element, a transition metal, a rare earth element, or a combination thereof, but not Sn), etc. The element Y is, for example, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, or a combination thereof. The transition metal oxide is, for example, lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, etc. The non-transition metal oxide is, for example, SnO 2 , SiO x (0<x<2), etc. The carbonaceous material is, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a mixture thereof. The crystalline carbon is, for example, graphite, such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, platelet, flake, spherical, or fiber. Amorphous carbon includes, for example, soft carbon (low-temperature calcined carbon), hard carbon, mesophase pitch carbide, and calcined coke.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 건조 바인더(dry binder)를 포함한다. 건조 바인더는 예를 들어 공정 용매에 함침되거나 용해되거나 분산되지 않은 바인더이다. 건조 바인더는 예를 들어 공정 용매를 포함하거나 공정 용매와 접촉하지 않는 바인더이다. 건조 바인더는 예를 들어 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 및 건식 전극의 제조 과정에서 공정 용매와 접촉하지 않는 바인더이다. 건조 바인더는 예를 들어 섬유화(fibrillized) 바인더이다. 섬유화 바인더는 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 포함하는 건식 전극활물질 및 기타 성분들을 지지하며 결착하는 메트릭스 역할을 수행할 수 있다. 섬유화 바인더는 예를 들어 전극 단면에 대한 주사전자현미경 이미지로서 섬유상 형태를 가짐을 확인할 수 있다. 섬유화 바인더는 예를 들어 10 이상, 20 이상, 50 이상, 또는 100 이상의 종횡비(aspect ratio)를 가진다.The dry electrode film (100, 100a, 100b) includes, for example, a dry binder. The dry binder is, for example, a binder that is not impregnated, dissolved, or dispersed in a process solvent. The dry binder is, for example, a binder that includes a process solvent or does not come into contact with a process solvent. The dry binder is, for example, a binder that does not come into contact with a process solvent during the manufacturing process of the dry electrode film (100, 100a, 100b) and the dry electrode. The dry binder is, for example, a fibrillized binder. The fibrillized binder can serve as a matrix that supports and binds the dry electrode active material and other components included in the dry electrode film (100, 100a, 100b). The fibrillized binder can be confirmed to have a fibrous form, for example, as shown in a scanning electron microscope image of a cross-section of an electrode. The fibrous binder has an aspect ratio of, for example, greater than 10, greater than 20, greater than 50, or greater than 100.
건조 바인더는 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사프로필렌(PVDF-HFP) 공중합체, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 공중합체 등이나 반드시 이들로 한정하지 않으며, 건식 전극의 제조에 사용되는 바인더라면 모두 가능하다. 건조 바인더는 특히 불소계 바인더를 포함할 수 있다. 불소계 바인더는 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사프로필렌(PVDF-HFP) 공중합체, 또는 폴리불화비닐리덴(PVDF)이다.The dry binder may be, but is not limited to, any binder used in the manufacture of a dry electrode, such as, but not limited to, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride-hexapropylene (PVDF-HFP) copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or copolymers thereof. The dry binder may particularly include a fluorinated binder. Fluorinated binders include, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride-hexapropylene (PVDF-HFP) copolymer, or polyvinylidene fluoride (PVDF).
건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 포함하는 건조 바인더의 함량은 건식 전극필름(100, 100a, 100b) 전체 중량에 대하여 예를 들어 1 내지 10 wt%, 또는 1 내지 5 wt%이다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 이러한 범위의 건조 바인더를 포함함에 의하여 건식 전극필름(100, 100a, 100b)의 결착력이 향상되며, 제조되는 건식 전극이 높은 에너지 밀도를 유지할 수 있다.The content of the dry binder included in the dry electrode film (100, 100a, 100b) is, for example, 1 to 10 wt%, or 1 to 5 wt%, based on the total weight of the dry electrode film (100, 100a, 100b). When the dry electrode film (100, 100a, 100b) includes the dry binder in this range, the bonding strength of the dry electrode film (100, 100a, 100b) is improved, and the dry electrode produced can maintain a high energy density.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 도전재를 더 포함할 수 있다. 도전재는 예를 들어 건조 도전재이다. 건조 도전재는 예를 들어 공정 용매에 함침되거나 용해되거나 분산되지 않은 도전재이다. 건조 도전재는 예를 들어 공정 용매를 포함하거나 공정 용매와 접촉하지 않는 도전재이다. 건조 도전재는 예를 들어 탄소계 도전재를 포함한다. 탄소계 도전재는 카본 블랙, 흑연 미립자, 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브; 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄소계 도전재로 사용되는 것이라면 모두 가능하다. The dry electrode film (100, 100a, 100b) may further include, for example, a conductive material. The conductive material is, for example, a dry conductive material. The dry conductive material is, for example, a conductive material that is not impregnated, dissolved, or dispersed in a process solvent. The dry conductive material is, for example, a conductive material that includes a process solvent or does not come into contact with a process solvent. The dry conductive material includes, for example, a carbon-based conductive material. The carbon-based conductive material may be, but is not limited to, carbon black, graphite particles, natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers; carbon nanotubes; and the like, and any material used as a carbon-based conductive material in the art may be used.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 포함하는 건조 도전재의 함량은 전극활물질층 전체 중량에 대하여 예를 들어 1 내지 10wt%, 또는 1 내지 5wt%이다. 건식 전극필름(100, 100a, 100b)이 이러한 범위의 건조 도전재를 포함함에 의하여 제조되는 건식 전극의 도전성이 향상되며, 이러한 건식 전극을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성이 향상될 수 있다.The content of the dry conductive material included in the dry electrode film (100, 100a, 100b) is, for example, 1 to 10 wt%, or 1 to 5 wt%, based on the total weight of the electrode active material layer. When the dry electrode film (100, 100a, 100b) includes the dry conductive material in this range, the conductivity of the dry electrode produced is improved, and the cycle characteristics of a lithium battery including the dry electrode can be improved.
건식 전극필름(100, 100a, 100b)은 예를 들어 하기 방법으로 제조될 수 있다.Dry electrode films (100, 100a, 100b) can be manufactured, for example, by the following method.
먼저 건조 전극활물질, 건조 도전재 및 건조 바인더를 건식 혼합하여 혼합물을 준비한다.First, a mixture is prepared by dry mixing a dry electrode active material, a dry conductive agent, and a dry binder.
건식 혼합은 공정 용매를 포함하지 않는 상태에서 혼합하는 것을 의미한다. 공정 용매는 예를 들어 전극 슬러리의 제조에 사용되는 용매이다. 공정 용매는 예를 들어, 물, NMP 등이나, 이들로 한정되지 않으며 전극 슬러리의 제조 시에 사용되는 공정 용매라면 한정되지 않는다. 건식 혼합은 교반기를 이용하여 25℃ 내지 65℃의 온도에서 10 내지 10000 rpm, 또는 100 내지 10000 rpm의 회전 속도로 수행될 수 있다. 건식 혼합은 교반기를 사용하여 1 내지 200 분, 또는 1 내지 150 분 동안 수행될 수 있다.Dry mixing means mixing without a process solvent. The process solvent is, for example, a solvent used in the manufacture of an electrode slurry. The process solvent is, for example, water, NMP, etc., but is not limited thereto, and is not limited as long as it is a process solvent used in the manufacture of an electrode slurry. Dry mixing can be performed using a stirrer at a temperature of 25° C. to 65° C. and a rotation speed of 10 to 10,000 rpm, or 100 to 10,000 rpm. Dry mixing can be performed using a stirrer for 1 to 200 minutes, or 1 to 150 minutes.
건식 혼합은 예를 들어 1 회 이상 수행될 수 있다. 먼저, 건조 전극활물질, 건조 도전재 및 건조 바인더를 1차 건식 혼합하여 제1 혼합물을 준비할 수 있다. 1차 건식 혼합은 예를 들어 25 내지 65 ℃의 온도에서, 2000 rpm 이하의 회전 속도로, 15분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 1차 건식 혼합은 예를 들어 25 내지 65 ℃의 온도에서, 500 내지 2000 rpm의 회전 속도로, 5 내지 15분 동안 수행될 수 있다. 1차 건식 혼합에 의하여 건조 전극활물질, 건조 도전재 및 건조 바인더가 균일하게 혼합될 수 있다. 이어서, 건조 전극활물질, 건조 도전재 및 건조 바인더를 2차 건식 혼합하여 제2 혼합물을 준비할 수 있다. 2차 건식 혼합은 예를 들어 25 내지 65 ℃의 온도에서, 4000 rpm 이상의 회전 속도로, 10 분 이상의 시간 동안 수행될 수 있다. 2차 건식 혼합은 예를 들어 25 내지 65 ℃의 온도에서, 4000 내지 9000 rpm의 회전 속도로, 10 내지 60 분 동안 수행될 수 있다. 2차 건식 혼합에 의하여 섬유화된(fibrillated) 건조 바인더를 포함하는 건조 혼합물이 얻어질 수 있다.The dry mixing can be performed, for example, more than once. First, a first mixture can be prepared by first dry mixing a dry electrode active material, a dry conductive material, and a dry binder. The first dry mixing can be performed, for example, at a temperature of 25 to 65° C., at a rotation speed of 2000 rpm or less, for 15 minutes or less. The first dry mixing can be performed, for example, at a temperature of 25 to 65° C., at a rotation speed of 500 to 2000 rpm, for 5 to 15 minutes. The dry electrode active material, the dry conductive material, and the dry binder can be uniformly mixed by the first dry mixing. Subsequently, the dry electrode active material, the dry conductive material, and the dry binder can be dry mixed a second time to prepare a second mixture. The secondary dry mixing can be performed, for example, at a temperature of 25 to 65 °C, at a rotation speed of 4000 rpm or more, for a time of 10 minutes or more. The secondary dry mixing can be performed, for example, at a temperature of 25 to 65 °C, at a rotation speed of 4000 to 9000 rpm, for a time of 10 to 60 minutes. By the secondary dry mixing, a dry mixture comprising a fibrillated dry binder can be obtained.
교반기는 예를 들어 니더(kneader)이다. 교반기는 예를 들어 챔버; 챔버 내부에 배치되어 회전하는 하나 이상의 회전축; 및 회전축에 회전 가능하도록 결합되고, 회전축의 길이 방향으로 배치되는 블레이드를 포함한다. 블레이드는 예를 들어 블레이드는 리본 블레이드, 시그마 블레이드, 제트(Z) 블레이드, 분산 블레이드, 및 스크류 블레이드 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 블레이드를 포함함에 의하여 용매 없이도 전극활물질, 건조 도전재 및 건조 바입더를 효과적으로 혼합하여 도우(dough-like) 형태의 혼합물을 제조할 수 있다. 제조된 혼합물은 압출 장치로 투입하여 시트 형태로 압출될 수 있다. 압출 시의 압력은 예를 들어 4 MPa 내지 100 MPa, 또는 10 MPa 내지 90 MPa 이다. 얻어진 혼합물은 필름 형태일 수 있다. 즉, 얻어진 혼합물이 건식 전극필름(100, 100a, 100b)일 수 있다.The stirrer is, for example, a kneader. The stirrer includes, for example, a chamber; one or more rotating shafts arranged inside the chamber and rotating; and blades rotatably coupled to the rotating shaft and arranged in the longitudinal direction of the rotating shaft. The blades may be, for example, one or more blades selected from a ribbon blade, a sigma blade, a jet (Z) blade, a dispersion blade, and a screw blade. By including the blades, the electrode active material, the dry conductive material, and the dry binder can be effectively mixed without a solvent to produce a dough-like mixture. The produced mixture can be fed into an extrusion device and extruded in a sheet form. The pressure during extrusion is, for example, 4 MPa to 100 MPa, or 10 MPa to 90 MPa. The obtained mixture can be in the form of a film. That is, the obtained mixture can be a dry electrode film (100, 100a, 100b).
건조 도전제로는 카본 블랙, 흑연 미립자, 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용되나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전재로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 도전재는 예를 들어 탄소계 도전재이다.As the dry conductive agent, carbon black, graphite particles, natural graphite, artificial graphite, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers; carbon nanotubes; metal powders or metal fibers or metal tubes such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive polymers such as polyphenylene derivatives, etc. are used, but are not limited thereto, and any conductive agent used in the relevant technical field may be used. The conductive agent is, for example, a carbon-based conductive agent.
건조 바인더로는 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 전술한 고분자들의 혼합물, 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머 등이 사용되며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용되나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 사용하는 것이라면 모두 가능하다.Examples of dry binders include vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), mixtures of the above polymers, styrene butadiene rubber-based polymers, etc., and examples of solvents include, but are not limited to, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, water, etc., and any solvent used in the relevant technical field may be used.
전극활물질 조성물에 가소제 또는 기공 형성제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.It is also possible to form pores inside the electrode plate by further adding a plasticizer or a pore forming agent to the electrode active material composition.
전극활물질층에 사용되는 전극활물질, 건조 도전제, 건조 바인더의 함량은 리튬전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.The contents of electrode active material, dry conductive agent, and dry binder used in the electrode active material layer are at levels typically used in lithium batteries.
양극은 전극활물질로서 양극활물질을 사용한다. 양극활물질은 상술한 전극 부분을 참조한다. 음극은 전극활물질로서 음극활물질을 사용한다. 음극활물질은 상술한 전극 부분을 참조한다.The positive electrode uses a positive electrode active material as an electrode active material. The positive electrode active material refers to the electrode section described above. The negative electrode uses a negative electrode active material as an electrode active material. The negative electrode active material refers to the electrode section described above.
일구현예에 따른 건식 전극 제조방법으로 제조된 건식 전극에서, 건식 전극활물질층이, SAICAS(surface and Interfacial Measuring Analysis System) 측정 시에, 건식 전극활물질층의 전체 두께에 대하여 건식 전극활물질층의 표면으로부터 상기 전극집전체 방향으로 5% 이격된 제1 지점으로부터 상기 전극집전체 표면으로부터 5% 이격된 제2 지점까지의 깊이에 따른 수직 방향 상대 결착력(FVR, Vertical Relative binding Force)의 변화율이 300 % 이하, 250 % 이하, 200 % 이하, 150 % 이하 또는 140 % 이하이다.In a dry electrode manufactured by a dry electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a dry electrode active material layer has a change rate in a vertical relative binding force (F VR) according to a depth from a first point spaced 5% apart from the surface of the dry electrode active material layer in the direction of the electrode current collector to a second point spaced 5% apart from the surface of the electrode current collector, based on the total thickness of the dry electrode active material layer, when measured by a SAICAS (surface and Interfacial Measuring Analysis System).
수직 방향 상대 결착력의 변화율은 하기 수학식 1로부터 계산된다. SAICAS 측정 방법은 예를 들어 평가예 1을 참조한다.The rate of change in vertical relative bonding force is calculated from the following
<수학식 1><
수직 방향 상대 결착력(FV, Vertical Relative binding Force)의 변화율 = [(수직방향 상대 결착력의 최대값 - 수직방향 상대 결착력의 최소값) / 수직방향 상대 결착력의 최소값)] × 100Rate of change of vertical relative binding force (F V ) = [(maximum vertical relative binding force - minimum vertical relative binding force) / minimum vertical relative binding force)] × 100
건식 전극에서, SAICAS(surface and Interfacial Measuring Analysis System) 측정 시에, 건식 전극활물질층의 수직 방향 상대 결착력의 변화율이 300 % 이하임에 의하여, 건식 전극 내에서 건식 전극활물질층의 구성 성분의 분포의 균일성이 향상된다. 또한, 건식 전극활물질층 내에서 구성 성분의 불균일한 분포에 의한 부반응 및 내부 저항의 증가가 억제되므로, 전극 반응의 가역성이 향상될 수 있다. 따라서, 높은 로딩을 가지는 건식 전극의 경우에도, 리튬전지의 사이클 특성이 향상된다. 건식 전극활물질층의 수직 방향 상대 결착력의 변화율은 예를 들어, 10 내지 300 %, 20 내지 250 %, 30 내지 200 %, 40 내지 160 %, 50 내지 150 %, 또는 60 내지 140 %이다.In a dry electrode, since the rate of change in the vertical relative adhesion force of the dry electrode active material layer is 300% or less when measured by a surface and interfacial measuring analysis system (SAICAS), the uniformity of distribution of components of the dry electrode active material layer within the dry electrode is improved. In addition, since side reactions and increases in internal resistance due to uneven distribution of components within the dry electrode active material layer are suppressed, the reversibility of the electrode reaction can be improved. Therefore, even in the case of a dry electrode having a high loading, the cycle characteristics of a lithium battery are improved. The rate of change in the vertical relative adhesion force of the dry electrode active material layer is, for example, 10 to 300%, 20 to 250%, 30 to 200%, 40 to 160%, 50 to 150%, or 60 to 140%.
일구현예에 따른 건식 전극 제조방법으로 제조된 건식 전극에서, 건식 전극활물질층이, SAICAS 측정 시에, 건식 전극활물질층의 전체 두께에 대하여, 건식 전극활물질층 표면으로부터 전극집전체 방향으로 10% 이격된 제1 지점에서의 제1 수평 방향 결착력(FHA1, Horizontal binding Force)에 대한 상기 전극집전체의 표면으로부터 10% 이격된 제2 지점에서의 제2 수평 방향 결착력(FHA2, Horizontal binding Force)의 수평 방향 결착력 비율이 50 % 이상이다.In a dry electrode manufactured by a dry electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the dry electrode active material layer has, when measured by SAICAS, a ratio of a horizontal binding force of a second horizontal binding force (F HA2 ) at a second point located 10% away from the surface of the electrode collector to a first horizontal binding force (F HA1 ) at a first point located 10% away from the surface of the dry electrode active material layer in the direction of the electrode current collector is 50% or more.
수평 방향 결착력 비율은 예를 들어 하기 수학식 2로 표시된다.The horizontal bonding force ratio is expressed, for example, by the following
<수학식 2><
수평 방향 결착력 비율 = [제2 수평 방향 결착력(FH2) / 제1 수평 방향 결착력 (FH1)] × 100Horizontal bonding force ratio = [Second horizontal bonding force (F H2 ) / First horizontal bonding force (F H1 )] × 100
건식 전극에서, SAICAS 측정 시에, 수평 방향 결착력 비율이 50% 이상 임에 의하여, 전극 내에서 구성 성분의 분포의 균일성이 더욱 향상된다. 전극이 이러한 범위의 수평 방향 결착력 비율을 가짐에 의하여, 이러한 전극을 채용한 리튬전지의 사이클 특성이 더욱 향상된다. 수평 방향 결착력 비율은 예를 들어, 50 내지 300 %, 50 내지 250 %, 50 내지 200 %, 50 내지 150 %, 또는 50 내지 100 %이다.In a dry electrode, when the horizontal binding force ratio is 50% or more in the SAICAS measurement, the uniformity of the distribution of components within the electrode is further improved. When the electrode has a horizontal binding force ratio in this range, the cycle characteristics of a lithium battery employing the electrode are further improved. The horizontal binding force ratio is, for example, 50 to 300%, 50 to 250%, 50 to 200%, 50 to 150%, or 50 to 100%.
다른 일구현예에 따라 건식 전극(400)이 제공된다. 건식 전극(400)은 예를 들어 상술한 방법으로 제조된다.According to another embodiment, a dry electrode (400) is provided. The dry electrode (400) is manufactured, for example, by the method described above.
다른 일 구현예에 따른 건식 전극은, 금속층(200); 및 상기 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층을 포함한다. 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이에 금속층(200)이 노출되는 무지부가 배치된다. 건식 전극활물질층이 예를 들어 비등방적 인장 강도(anisotropic tensile strength)을 가질 수 있다. 건식 전극이, 건식 전극활물질층의 일측면에 인접하게 배치되며 건식 전극활물질층에 의하여 피복되지 않는 금속층(200)의 일 표면에서 버(burr) 또는 함몰부가 부재(free) 임에 의하여 충방전 과정에서 버(burr) 및/또는 함몰부에 의하여 발생하는 부반응 및/또는 열화가 억제되므로, 건식 전극을 포함하는 리튬전지의 사이클 특성이 향상된다.According to another embodiment, a dry electrode includes a metal layer (200); and dry electrode active material layers spaced apart from each other on one or both surfaces of the metal layer (200). A non-coated region in which the metal layer (200) is exposed is disposed between the dry electrode active material layers spaced apart from each other. The dry electrode active material layer may have, for example, anisotropic tensile strength. Since the dry electrode is disposed adjacent to one side of the dry electrode active material layer and has a surface of the metal layer (200) that is not covered by the dry electrode active material layer free of burrs or depressions, side reactions and/or deterioration caused by burrs and/or depressions during a charge/discharge process are suppressed, and thus the cycle characteristics of a lithium battery including the dry electrode are improved.
건식 전극은, 예를 들어 금속층(200); 금속층(200)의 일면 또는 양면 상에 이격되어 배치되는 중간층(150, 150a, 150b); 및 중간층(150, 150a, 150b) 상에 배치되는 건식 전극활물질층을 포함한다. 전극집전체 상에 직접 배치되는 건식 전극활물질층이 부재(free)이다. 이격되어 배치되는 건식 전극활물질층 사이에 금속층(200)이 노출되는 무지부가 배치된다. 건식 전극활물질층이 예를 들어 비등방적 인장 강도(anisotropic tensile strength)을 가질 수 있다. 건식 전극활물질층의 일측면에 인접하게 배치되며 중간층(150, 150a, 150b)에 의하여 피복되지 않는 전극집전체의 일 표면에서 버(burr) 또는 함몰부가 부재(free) 이다. 전극집전체, 중간층(150, 150a, 150b) 및 건식 전극활물질층에 대하여 구체적인 내용은 상술한 건식 전극 제조방법을 참조한다. 건식 전극활물질층은 건식 전극필름(100, 100a, 100b)과 구성 성분 및/또는 물성이 실질적으로 동일하다. 건식 전극은 예를 들어 건식 양극 및/또는 건식 음극이다.The dry electrode includes, for example, a metal layer (200); an intermediate layer (150, 150a, 150b) spaced apart from each other on one or both surfaces of the metal layer (200); and a dry electrode active material layer arranged on the intermediate layer (150, 150a, 150b). The dry electrode active material layer directly arranged on the electrode current collector is free. An uncoated portion where the metal layer (200) is exposed is arranged between the dry electrode active material layers arranged spaced apart from each other. The dry electrode active material layer may have, for example, anisotropic tensile strength. A burr or depression is free on one surface of the electrode current collector that is arranged adjacent to one side of the dry electrode active material layer and is not covered by the intermediate layer (150, 150a, 150b). For specific details on the electrode current collector, the intermediate layer (150, 150a, 150b) and the dry electrode active material layer, refer to the dry electrode manufacturing method described above. The dry electrode active material layer has substantially the same components and/or physical properties as the dry electrode film (100, 100a, 100b). The dry electrode is, for example, a dry positive electrode and/or a dry negative electrode.
다른 일구현예에 따른 리튬전지(1)는 상술한 건식 전극을 포함한다.A lithium battery (1) according to another embodiment includes the above-described dry electrode.
다른 일구현예에 따른, 리튬전지(1)는 양극; 음극; 및 양극과 음극 사이에 배치되는 전해질을 포함하며, 양극 및 음극 중 하나 이상이, 상술한 건식 전극 제조방법으로 제조된 건식 전극 또는 이로부터 절단되어 형성되는 것이다.According to another embodiment, a lithium battery (1) includes a cathode; an anode; and an electrolyte disposed between the cathode and the anode, wherein at least one of the cathode and the anode is formed by a dry electrode manufactured by the above-described dry electrode manufacturing method or by cutting the same.
리튬전지(1)는 예를 들어 리튬이온전지, 리튬고체전지, 및 리튬공기전지 등이다.Lithium batteries (1) include, for example, lithium ion batteries, lithium solid-state batteries, and lithium air batteries.
리튬전지(1)는 예를 들어 하기의 예시적인 방법으로 제조되나, 반드시 이러한 방법으로 한정되지 않으며 요구되는 조건에 따라 달라진다.The lithium battery (1) is manufactured by, for example, the following exemplary method, but is not necessarily limited to this method and varies depending on required conditions.
먼저, 상술한 건식 전극 제조방법에 따라 양극 및 음극 중에서 하나 또는 모두가 제조될 수 있다. 다르게는, 양극 및 음극 중 하나의 전극이 상술한 전극 제조방법으로 제조되는 경우, 다른 전극은 습식 제조방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 다른 전극은 전극활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 제조하고, 제조된 전극 슬러리를 전극집전체 상에 코팅하고 건조시켜 제조할 수 있다. 습식으로 제조되는 전극이 포함하는 도전재 및 바인더는 상술한 건식 전극의 제조에 사용되는 도전재, 및 바인더 중에서 선택될 수 있다.First, one or both of the positive electrode and the negative electrode can be manufactured according to the above-described dry electrode manufacturing method. Alternatively, when one of the positive electrode and the negative electrode is manufactured by the above-described electrode manufacturing method, the other electrode can be manufactured by a wet manufacturing method. For example, the other electrode can be manufactured by manufacturing an electrode slurry including an electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent, coating the manufactured electrode slurry on an electrode current collector, and drying it. The conductive material and binder included in the electrode manufactured by the wet method can be selected from the conductive material and binder used in the manufacture of the above-described dry electrode.
다음으로, 양극과 음극 사이에 삽입될 세퍼레이터가 준비된다.Next, a separator to be inserted between the positive and negative electrodes is prepared.
세퍼레이터는 리튬 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 가능하다. 세퍼레이터는 예를 들어 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용된다. 세퍼레이터는 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것으로서, 부직포 또는 직포 형태이다. 리튬이온전지에는 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취 가능한 세퍼레이터가 사용되며, 리튬이온폴리머전지에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터가 사용된다.Any separator that is commonly used in lithium batteries can be used. For example, a separator having low resistance to ion movement of the electrolyte and excellent electrolyte moisture retention ability is used. The separator is selected from, for example, glass fiber, polyester, Teflon, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), or a combination thereof, and is in the form of a nonwoven fabric or a woven fabric. For lithium ion batteries, a windable separator such as polyethylene or polypropylene is used, and for lithium ion polymer batteries, a separator having excellent organic electrolyte moisture retention ability is used.
세퍼레이터는 하기의 예시적인 방법으로 제조되나, 반드시 이러한 방법으로 한정되지 않으며 요구되는 조건에 따라 조절된다.The separator is manufactured by the following exemplary methods, but is not necessarily limited to these methods and may be adjusted according to required conditions.
먼저, 고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 세퍼레이터 조성물이 전극 상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성된다. 다르게는, 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 전극 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성된다.First, a separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, and a solvent. The separator composition is directly coated on the top of the electrode and dried to form a separator. Alternatively, the separator composition is cast on a support and dried, and then a separator film peeled from the support is laminated on the top of the electrode to form a separator.
세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합재에 사용되는 고분자라면 모두 가능하다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용된다.The polymer used in the manufacture of the separator is not particularly limited, and any polymer used as a binder for the electrode plates may be used. For example, vinylidene fluoride/hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or mixtures thereof may be used.
다음으로 전해질이 준비된다.Next, the electrolyte is prepared.
전해질은 예를 들어 유기전해액이다. 유기전해액은 예를 들어 유기용매에 리튬염이 용해되어 제조된다.The electrolyte is, for example, an organic electrolyte. An organic electrolyte is prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent, for example.
유기용매는 당해 기술분야에서 유기 용매로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 유기용매는 예를 들어, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 또는 이들의 혼합물 등이다.Any organic solvent used in the art may be used. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, benzonitrile, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, dioxolane, 4-methyldioxolane, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dichloroethane, chlorobenzene, nitrobenzene, diethylene glycol, dimethyl ether, or mixtures thereof.
리튬염도 당해 기술분야에서 리튬염으로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 리튬염은 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(단 x,y는 자연수), LiCl, LiI 또는 이들의 혼합물 등이다.Any lithium salt used in the relevant technical field is also possible. Lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , LiAlO 2 , LiAlCl 4 , LiN(C x F 2x+1 SO 2 )(C y F 2y+1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), LiCl, LiI or mixtures thereof.
다르게는, 전해질은 고체전해질이다. 고체전해질은 예를 들어, 보론산화물, 리튬옥시나이트라이드 등이나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체전해질로 사용하는 것이라면 모두 가능하다. 고체전해질은 예를 들어 스퍼터링 등의 방법으로 상기 음극상에 형성되거나 별도의 고체전해질 시트가 음극 상에 적층된다. 고체전해질은 예를 들어 산화물계 고체전해질 또는 황화물계 고체전해질이다.Alternatively, the electrolyte is a solid electrolyte. The solid electrolyte may be, for example, boron oxide, lithium oxynitride, or the like, but is not limited thereto, and any solid electrolyte used in the relevant technical field may be used. The solid electrolyte may be formed on the cathode by, for example, sputtering or a separate solid electrolyte sheet may be laminated on the cathode. The solid electrolyte may be, for example, an oxide-based solid electrolyte or a sulfide-based solid electrolyte.
도 3을 참조하면, 일구현예에 따른 리튬전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)를 포함한다. 양극(3), 음극(2) 및 세퍼레이터(4)가 와인딩되거나 접혀서 전지구조체(7)를 형성한다. 형성된 전지구조체(7)가 전지케이스(5)에 수용된다. 전지케이스(5)에 유기전해액이 주입되고 캡(cap) 어셈블리(6)로 밀봉되어 리튬전지(1)가 완성된다. 전지케이스(5)는 원통형이나 반드시 이러한 형태로 한정되지 않으며 예를 들어, 각형, 박막형, 등이다.Referring to FIG. 3, a lithium battery (1) according to an embodiment includes a positive electrode (3), a negative electrode (2), and a separator (4). The positive electrode (3), the negative electrode (2), and the separator (4) are wound or folded to form a battery structure (7). The formed battery structure (7) is accommodated in a battery case (5). An organic electrolyte is injected into the battery case (5) and sealed with a cap assembly (6), thereby completing the lithium battery (1). The battery case (5) is cylindrical, but is not necessarily limited to this shape, and may be, for example, square, thin-film, etc.
도 4를 참조하면, 일구현예에 따른 리튬전지(1a)는 양극(3a), 음극(2a) 및 세퍼레이터(4a)를 포함한다. 양극(3a) 및 음극(2a) 사이에 세퍼레이터(4a)가 배치되며, 양극(3a), 음극(2a) 및 세퍼레이터(4a)가 와인딩되거나 접혀서 전지구조체(7a)를 형성한다. 형성된 전지구조체(7a)가 전지케이스(5a)에 수용된다. 전지구조체(7a)에서 형성된 전류를 외부로 유도하기 위한 전기적 통로 역할을 하는 전극탭(8a)을 포함할 수 있다. 전지케이스(5a)에 유기전해액이 주입되고 밀봉되어 리튬전지(1a)가 완성된다. 전지케이스(5a)는 각형이나 반드시 이러한 형태로 한정되지 않으며 예를 들어, 원통형, 박막형, 등이다.Referring to FIG. 4, a lithium battery (1a) according to one embodiment includes a positive electrode (3a), a negative electrode (2a), and a separator (4a). A separator (4a) is arranged between the positive electrode (3a) and the negative electrode (2a), and the positive electrode (3a), the negative electrode (2a), and the separator (4a) are wound or folded to form a battery structure (7a). The formed battery structure (7a) is accommodated in a battery case (5a). An electrode tab (8a) that acts as an electrical path for inducing current formed in the battery structure (7a) to the outside may be included. An organic electrolyte is injected into the battery case (5a) and sealed to complete the lithium battery (1a). The battery case (5a) is square, but is not necessarily limited to this shape, and may be, for example, cylindrical, thin-film, etc.
도 5를 참조하면, 일구현예에 따른 리튬전지(1b)는 양극(3b), 음극(2b) 및 세퍼레이터(4b)를 포함한다. 양극(3b) 및 음극(2b) 사이에 세퍼레이터(4b)가 배치되어 전지구조체가 형성된다. 전지구조체(7b)가 바이셀 구조로 적층된(stacked) 다음, 전지케이스(5b)에 수용된다. 전지구조체(7b)에서 형성된 전류를 외부로 유도하기 위한 전기적 통로 역할을 하는 전극탭(8b)을 포함할 수 있다. 전지케이스(5b)에 유기전해액이 주입되고 밀봉되어 리튬전지(1b)가 완성된다. 전지케이스(5b)는 각형이나 반드시 이러한 형태로 한정되지 않으며 예를 들어, 원통형, 박막형, 등이다.Referring to FIG. 5, a lithium battery (1b) according to an embodiment includes a positive electrode (3b), a negative electrode (2b), and a separator (4b). A separator (4b) is arranged between the positive electrode (3b) and the negative electrode (2b), thereby forming a battery structure. A battery structure (7b) is stacked in a bi-cell structure and then accommodated in a battery case (5b). An electrode tab (8b) that acts as an electrical path for guiding a current formed in the battery structure (7b) to the outside may be included. An organic electrolyte is injected into the battery case (5b) and sealed, thereby completing the lithium battery (1b). The battery case (5b) is square, but is not necessarily limited to this shape, and may be, for example, cylindrical, thin-film, etc.
파우치형 리튬전지는 도 3 내지 5의 리튬전지에서 전지케이스로서 파우치를 사용한 것에 각각 해당한다. 파우치형 리튬전지는 하나 이상의 전지구조체를 포함한다. 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터가 배치되어 전지구조체가 형성된다. 전지구조체가 바이셀 구조로 적층된 다음, 유기 전해액에 함침되고, 파우치에 수용 및 밀봉되어 파우치형 리튬전지가 완성된다. 예를 들어, 도면에 도시되지 않으나, 상술한 양극, 음극 및 세퍼레이터가 단순 적층되어 전극조립체 형태로 파우치에 수용되거나, 젤리롤 형태의 전극조립체로 권취되거나 접혀진 후 파우치에 수용된다. 이어서, 파우치에 유기전해액이 주입되고 밀봉되어 리튬전지가 완성된다. The pouch-type lithium battery corresponds to each of the lithium batteries of FIGS. 3 to 5 in which a pouch is used as a battery case. The pouch-type lithium battery includes one or more battery structures. A separator is arranged between a positive electrode and a negative electrode to form a battery structure. The battery structures are laminated in a bi-cell structure, then impregnated with an organic electrolyte, and accommodated and sealed in a pouch to complete the pouch-type lithium battery. For example, although not shown in the drawings, the above-described positive electrode, negative electrode, and separator may be simply laminated and accommodated in a pouch in the form of an electrode assembly, or may be wound or folded into a jellyroll-type electrode assembly and then accommodated in a pouch. Subsequently, an organic electrolyte is injected into the pouch and sealed to complete the lithium battery.
리튬전지는 수명특성 및 고율특성이 우수하므로 예를 들어 전기차량(electric vehicle, EV)에 사용된다. 예를 들어, 플러그인하이브리드차량(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등의 하이브리드차량에 사용된다. 또한, 많은 양의 전력 저장이 요구되는 분야에 사용된다. 예를 들어, 전기 자전거, 전동 공구 등에 사용된다.Lithium batteries have excellent life characteristics and high-rate characteristics, so they are used in electric vehicles (EVs). For example, they are used in hybrid vehicles such as plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs). They are also used in fields that require large amounts of power storage. For example, they are used in electric bicycles, power tools, etc.
리튬전지는 복수개 적층되어 전지모듈을 형성하고, 복수의 전지모듈이 전지팩을 형성한다. 이러한 전지팩이 고용량 및 고출력이 요구되는 모든 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 노트북, 스마트폰, 전기차량 등에 사용될 수 있다. 전지모듈은 예를 들어 복수의 전지와 이들을 잡아주는 프레임을 포함한다. 전지팩은 예를 들어 복수의 전지모듈과 이들을 연결하는 버스바(bus bar)를 포함한다. 전지모듈 및/또는 전지팩은 냉각 장치를 더 포함할 수 있다. 복수의 전지팩이 전지 관리 시스템에 의하여 조절된다. 전지 관리 시스템은 전지팩, 및 전지팩에 연결된 전지 제어장치를 포함한다.A plurality of lithium batteries are stacked to form a battery module, and the plurality of battery modules form a battery pack. This battery pack can be used in all devices requiring high capacity and high output. For example, it can be used in laptops, smartphones, electric vehicles, etc. The battery module includes, for example, a plurality of batteries and a frame that holds them. The battery pack includes, for example, a plurality of battery modules and a bus bar that connects them. The battery module and/or the battery pack may further include a cooling device. The plurality of battery packs are controlled by a battery management system. The battery management system includes a battery pack and a battery control device connected to the battery pack.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.The present invention is described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the examples are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited to these examples.
(리튬전지(half-cell)의 제조)(Manufacture of lithium batteries (half-cell))
실시예 1: 건식 전극필름, 제1속도:제2속도 = 100: 50Example 1: Dry electrode film, 1st speed: 2nd speed = 100: 50
(금속층)(metal layer)
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 제1 권취 롤(10)에 권취된 알루미늄 박막(200)을 준비하였다. 알루미늄 박막의 두께는 12 ㎛ 이었다.Referring to FIGS. 1a to 1d, an aluminum thin film (200) wound on a first winding roll (10) was prepared. The thickness of the aluminum thin film was 12 ㎛.
제1 권취 롤(10)로부터 알루미늄 박막을 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제1 속도(V1)로 공급하고 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이를 통과한 후 제3 권취 롤(미도시)에 다시 권취하였다.An aluminum film is supplied from a first winding roll (10) between a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) at a first speed (V1), passes between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), and is then wound again on a third winding roll (not shown).
알루미늄 박막(200)을 제1 라미네이터 롤과 제2 라미네이터 롤 사이에 공급하기 전에, 알루미늄 박막의 일면 상에 알루미늄 박막의 길이 방향으로 중간층(interlayer)으로서 카본층을 일정한 간격을 유지하면서 반복적으로 배치하였다.Before the aluminum film (200) is supplied between the first laminator roll and the second laminator roll, a carbon layer is repeatedly placed as an interlayer in the length direction of the aluminum film on one side of the aluminum film while maintaining a constant interval.
알루미늄 박막(200) 상에 서로 이격되어 배치되는 복수의 카본층(150, 150a, 150b)이 배치되는 영역은 제1 영역(500a)이고, 카본층(150, 150a, 150b)이 배치되지 않고 알루미늄 박막이 노출되는 영역은 제2 영역(500b)이다.The region where a plurality of carbon layers (150, 150a, 150b) are arranged spaced apart from each other on the aluminum thin film (200) is the first region (500a), and the region where the carbon layers (150, 150a, 150b) are not arranged and the aluminum thin film is exposed is the second region (500b).
알루미늄 박막(200)의 길이 방향으로 제1 영역(500a)의 길이(L1)와 제2 영역(500b)의 길이(L2)의 비는 50:1 이었다. 알루미늄 박막(200)의 폭(W1)과 알루미늄 박막(200)의 길이 방향으로 제2 영역의 길이(L1)의 비는 5:1 이었다.The ratio of the length (L1) of the first region (500a) and the length (L2) of the second region (500b) in the longitudinal direction of the aluminum film (200) was 50:1. The ratio of the width (W1) of the aluminum film (200) and the length (L1) of the second region in the longitudinal direction of the aluminum film (200) was 5:1.
카본층(150, 150a, 150b)은 탄소도전재(Danka black) 및 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 포함하는 조성물을 알루미늄 박막(100) 상에 코팅한 후 건조시켜 배치하였다. 알루미늄 박막(100)의 일면 상에 배치되는 카본층(150, 150a, 150b)의 두께는 약 1 ㎛ 이었다.The carbon layers (150, 150a, 150b) were formed by coating a composition including a carbon conductive material (Danka black) and polyvinylidene fluoride (PVDF) on an aluminum thin film (100) and then drying the coating. The thickness of the carbon layers (150, 150a, 150b) formed on one surface of the aluminum thin film (100) was approximately 1 ㎛.
(건식 전극필름)(dry electrode film)
건조 양극활물질로서 평균 입경(D50) 15 ㎛의 LiNi0.91Co0.05Al0.04O2 (이하, NCA91이라고 함), 건조 도전재로서 탄소도전재(Denka Black), 및 건조 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 96:1.8:2.2의 중량비로 블레이드 믹서에 투입한 후, 25℃에서 1000 rpm의 속도로 10분 동안 1차 건식 혼합하여 양극활물질, 도전재, 및 바인더가 균일하게 혼합된 제1 건식 혼합물을 준비하였다.LiNi 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 (hereinafter referred to as NCA91) having an average particle size (D50) of 15 ㎛ as a dry cathode active material, carbon conductive material (Denka Black) as a dry conductive material, and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a dry binder were placed in a blade mixer at a weight ratio of 96:1.8:2.2, and then primary dry mixing was performed at a speed of 1000 rpm at 25°C for 10 minutes to prepare a first dry mixture in which the cathode active material, conductive material, and binder were uniformly mixed.
이어서, 건조 바인더의 섬유화(fibrillization)가 진행될 수 있도록 하기 위하여 제1 혼합물을 25 ℃에서 5000 rpm의 속도로 20분 동안 추가로 2차 혼합하여 제 2 건식 혼합물을 준비하였다. 제1 혼합물 및 제2 혼합물의 제조 시에 별도의 용매를 사용하지 않았다. 준비된 제2 혼합물을 압출기에 투입하고 압출하여 건식 양극 필름을 준비하였다. 압출 시의 압력은 약 50 MPa 이었다. 준비된 건식 양극필름은 자립막(self-standing film)이다.Subsequently, in order to allow the fibrillization of the dry binder to proceed, the first mixture was additionally mixed at 25°C and a speed of 5000 rpm for 20 minutes to prepare a second dry mixture. No separate solvent was used in the preparation of the first mixture and the second mixture. The prepared second mixture was put into an extruder and extruded to prepare a dry positive electrode film. The pressure during extrusion was approximately 50 MPa. The prepared dry positive electrode film is a self-standing film.
준비된 건식 양극 필름을 제2-1 권취 롤(20a) 및 제2-2 권취 롤(20b)에 각각 권취하였다.The prepared dry positive electrode film was wound onto the 2-1 winding roll (20a) and the 2-2 winding roll (20b), respectively.
(건식 전극)(dry electrode)
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 알루미늄 박막(200)이 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 제1 속도(V1)로 공급되도록 제1 권취 롤(10) 및 제3 권취 롤(미도시)의 회전 속도를 조절하였다.Referring to FIGS. 1a to 1d, the rotation speeds of the first take-up roll (10) and the third take-up roll (not shown) were adjusted so that the aluminum film (200) was supplied between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) at a first speed (V1).
건식 양극필름(100a)이 제2-1 권취 롤(20a)부터 제1 라미네이터 롤(30a)을 거쳐 알루미늄 박막(200) 상에 제1 속도(V1)로 공급되도록 제2-1 권취 롤(20a) 및 제1 라미네이터 롤(30a)의 회전 속도를 조절하였다.The rotation speeds of the 2-1 winding roll (20a) and the first laminator roll (30a) were adjusted so that the dry cathode film (100a) was supplied from the 2-1 winding roll (20a) to the first laminator roll (30a) on the aluminum thin film (200) at the first speed (V1).
제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 배치되는 복수의 진공 흡기구(45)에 의하여 건식 양극필름(100a)은 제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 부착된 상태를 유지하였다.The dry positive electrode film (100a) was maintained attached to the surface of the first laminator roll (30a) by a plurality of vacuum suction holes (45) arranged on the surface of the first laminator roll (30a).
도 1e는, 실시예 1에서 사용된 알루미늄 박막(200)의 평면도로서, 알루미늄 박막(200)의 일면 상의 제1 영역(500a)에 카본층(150a)이 간헐적으로 코팅되었다. 도면에 도시되지 않으나, 알루미늄 박막(200)의 타면 상의 제1 영역(500a)에 카본층(150a)이 간헐적으로 코팅되었다.FIG. 1e is a plan view of an aluminum thin film (200) used in Example 1, in which a carbon layer (150a) is intermittently coated on a first region (500a) on one surface of the aluminum thin film (200). Although not shown in the drawing, a carbon layer (150a) is intermittently coated on a first region (500a) on the other surface of the aluminum thin film (200).
먼저, 도 1a를 참조하면, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 알루미늄 박막(200)의 제1 영역(500a)을 통과시키는 동안 알루미늄 박막(200)의 제1 영역(500a)의 카본층(150a) 상에 제1 라미네이터 롤(30a)로부터 건식 양극필름(100a)을 제2 속도(V2)로 공급함에 의하여 알루미늄 박막(200)의 일면에 건식 양극필름(100a)을 라미네이션하고 전극집전체(200)의 일면 상에 건식 양극활물질층(300a)을 배치하였다.First, referring to FIG. 1a, while passing the first region (500a) of the aluminum thin film (200) between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), the dry positive electrode film (100a) is supplied from the first laminator roll (30a) at a second speed (V2) onto the carbon layer (150a) of the first region (500a) of the aluminum thin film (200), thereby laminating the dry positive electrode film (100a) on one surface of the aluminum thin film (200) and disposing the dry positive electrode active material layer (300a) on one surface of the electrode current collector (200).
건식 양극필름(100a)을 공급하는 제2 속도(V2)는 알루미늄 박막(200)을 공급하는 제1 속도(V1)와 동일하였다.The second speed (V2) for supplying the dry anode film (100a) was the same as the first speed (V1) for supplying the aluminum thin film (200).
제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 알루미늄 박막(200)의 상기 제1 영역(500a)에 인접한 제2 영역(500b)을 공급하기 전에, 알루미늄 박막(200)의 제2 영역(500b)의 기계 방향 길이(MD1)에 해당하는 건식 양극필름(100a)을 제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 부착시킨 상태에서 제2 영역(500b)의 기계방향 길이(MD1)의 50% 에 해당하는 길이(MD2A) 만큼 이격된 한 쌍의 나이프(50, 50a, 50b)로 건식 양극필름(100a)에 제1 절단선(CL1) 및 제2 절단선(CL2)을 동시에 도입하였다.Before supplying the second region (500b) adjacent to the first region (500a) of the aluminum film (200) between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), a dry positive electrode film (100a) corresponding to the machine direction length (MD1) of the second region (500b) of the aluminum film (200) is attached to the surface of the first laminator roll (30a), and a first cutting line (CL1) and a second cutting line (CL2) are simultaneously introduced into the dry positive electrode film (100a) by a pair of knives (50, 50a, 50b) spaced apart by a length (MD2A) corresponding to 50% of the machine direction length (MD1) of the second region (500b).
이어서, 제1 라미네이터 롤과 제2 라미네이터 롤 사이에 알루미늄 박막의 제2 영역이 통과하는 동안 알루미늄 박막의 제2 영역 상에 제1 롤로부터 건식 양극필름을 제1 속도(V1)의 50 % 인 제2 속도(V2)로 감속함에 의하여공급되는 건식 양극 필름을 절단하면서 건식 양극 필름의 공급을 지연시켜 알루미늄 박막의 제2 영역에 건식 양극활물질층을 형성시키지 않았다.Subsequently, while the second region of the aluminum film passes between the first laminator roll and the second laminator roll, the dry positive electrode film supplied from the first roll is cut by slowing down the dry positive electrode film at a second speed (V2) which is 50% of the first speed (V1), thereby delaying the supply of the dry positive electrode film so that a dry positive electrode active material layer is not formed in the second region of the aluminum film.
이어서, 제1 라미네이터 롤과 제2 라미네이터 롤 사이에 알루미늄 박막의 제1 영역이 통과하는 동안 알루미늄 박막의 제1 영역의 카본층 상에 제1 롤로부터 건식 양극필름의 속도를 제1 속도(V1)로 다시 증가시켜 공급하면서 알루미늄 박막의 일면에 건식 양극필름을 라미네이션하 전극집전체(200)의 일면 상에 건식 양극활물질층(300a)을 배치하였다. 제1 절단선(CL1)과 제2 절단선(CL2) 사이에 배치되는 건식 양극필름(30a)은 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이를 통과한 후에 제1 라미네이터 롤(30a) 표면에 배치되는 복수의 진공 흡기구(45)를 차단하거나 별도의 분리 장치(미도시)를 사용함에 의하여 제1 라미네이터 롤(30a)의 표면으로부터 쉽게 분리될 수 있다.Then, while the first region of the aluminum film passes between the first laminator roll and the second laminator roll, the speed of the dry positive electrode film from the first roll is increased again to the first speed (V1) and supplied onto the carbon layer of the first region of the aluminum film, and the dry positive electrode film is laminated onto one surface of the aluminum film, and a dry positive electrode active material layer (300a) is disposed on one surface of the electrode current collector (200). The dry positive electrode film (30a) disposed between the first cutting line (CL1) and the second cutting line (CL2) can be easily separated from the surface of the first laminator roll (30a) after passing between the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b) by blocking a plurality of vacuum intake ports (45) disposed on the surface of the first laminator roll (30a) or by using a separate separation device (not shown).
알루미늄 박막(200)의 일면의 제1 영역(500a) 및 제2 영역(500b)에 대하여 상술한 과정을 순차적으로 반복하여 알루미늄 박막(200) 상에 전기 전극활물질층(300a)을 간헐적으로 배치하였다.The above-described process was sequentially repeated for the first region (500a) and the second region (500b) of one side of the aluminum thin film (200) to intermittently place an electric electrode active material layer (300a) on the aluminum thin film (200).
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 알루미늄 박막(200)의 타면에 대하여도 이러한 과정을 동시에 순차적으로 반복하였다. 알루미늄 박막(200)의 타면에 건식 양극필름(100b)을 코팅하기 위하여, 건식 양극필름(100b)을 제2-2 권취 롤(20b)부터 제2 라미네이터 롤(30b)까지 제1 속도(V1)로 공급되도록 제2-2 권취 롤(20b) 및 제2 라미네이터 롤(30b)의 회전 속도를 조절하였다.Referring to FIGS. 1A to 1D, this process was repeated simultaneously and sequentially for the other surface of the aluminum thin film (200). In order to coat the other surface of the aluminum thin film (200) with a dry positive electrode film (100b), the rotation speeds of the 2-2 winding roll (20b) and the 2nd laminator roll (30b) were adjusted so that the dry positive electrode film (100b) was supplied from the 2-2 winding roll (20b) to the 2nd laminator roll (30b) at the first speed (V1).
이와 같이, 제1 롤로부터 알루미늄 박막의 제1 영역과 제2 영역이 순차적으로 공급되는 동안 상술한 방식으로 제1 영역 상에 건식 양극 필름을 배치하고 제2 영역 상에는 건식 양극 필름을 배치하지 않음에 의하여 알루미늄 박막 상에 건식 양극활물질층이 간헐적으로 라미네이션된 건식 양극을 제조하였다.In this way, a dry positive electrode was manufactured in which a dry positive electrode active material layer was intermittently laminated on an aluminum thin film by sequentially supplying the first region and the second region of the aluminum thin film from the first roll while disposing the dry positive electrode film on the first region in the manner described above and not disposing the dry positive electrode film on the second region.
도 1f는, 실시예 1에서 제조된 건식 전극으로서, 알루미늄 박막(200)의 일면 상의 제1 영역(500a)에 양극카본층(150a)이 간헐적으로 라미네이션된 건식 전극(400)의 평면도이다.(코인 셀의 제조)Figure 1f is a plan view of a dry electrode (400) manufactured in Example 1, in which a cathode carbon layer (150a) is intermittently laminated on a first region (500a) on one side of an aluminum thin film (200). (Manufacturing of a coin cell)
상기에서 제조된 건식 양극의 제2 영역을 절단하여 양극으로 사용하고, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+EMC(에틸메틸카보네이트)+DMC(디메틸 카보네이트)(3:4:3 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀을 제조하였다. 건식 양극활물질층으로부터 일정한 거리 만큼 이격된 지점에서 제2 영역을 절단하므로 건식 양극활물질층 주위에 버(burr) 및/또는 함몰부의 형성이 없었다.A coin cell was manufactured by cutting the second region of the dry positive electrode manufactured as described above and using it as a positive electrode, lithium metal as a counter electrode, a PTFE separator, and a solution of 1.3 M LiPF 6 dissolved in EC (ethylene carbonate) + EMC (ethyl methyl carbonate) + DMC (dimethyl carbonate) (3:4:3 by volume) as an electrolyte. Since the second region was cut at a point spaced a certain distance from the dry positive electrode active material layer, there was no formation of burrs and/or depressions around the dry positive electrode active material layer.
실시예 2: 건식 전극필름, 제1속도:제2속도 = 100: 70Example 2: Dry electrode film, first speed: second speed = 100: 70
제2 속도(V2)를 제1 속도(V1)의 70 %로 변경하고, 한 쌍의 나이프(50a) 사이의 거리를 제2 영역 거리의 70 % 로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 전극 및 리튬전지를 제조하였다.A dry electrode and a lithium battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second speed (V2) was changed to 70% of the first speed (V1) and the distance between a pair of knives (50a) was changed to 70% of the second region distance.
실시예 3: 건식 전극필름, 제1속도:제2속도 = 100: 30Example 3: Dry electrode film, 1st speed: 2nd speed = 100: 30
제2 속도(V2)를 제1 속도(V1)의 30 %로 변경하고, 한 쌍의 나이프(50a) 사이 거리를 제2 영역 거리의 30 %로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 전극 및 리튬전지를 제조하였다.A dry electrode and a lithium battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second speed (V2) was changed to 30% of the first speed (V1) and the distance between a pair of knives (50a) was changed to 30% of the second region distance.
실시예 4: 건식 전극필름, 제1속도:제2속도 = 100: 0Example 4: Dry electrode film, 1st speed: 2nd speed = 100: 0
제2 속도(V2)를 제1 속도(V1)의 0 %로 변경하고, 한 쌍의 나이프(50a) 사이의 거리를 0 으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 전극 및 리튬전지를 제조하였다.A dry electrode and a lithium battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second speed (V2) was changed to 0% of the first speed (V1) and the distance between a pair of knives (50a) was changed to 0.
비교예 1: 건식 전극필름, 제1속도:제2속도 = 100:100Comparative Example 1: Dry Electrode Film, 1st Speed: 2nd Speed = 100:100
제2 속도(V2)를 제1 속도(V1)와 동일하게 유지하고 나이프(50a)의 사용을 제외한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 전극 및 리튬전지를 제조하였다.A dry electrode and a lithium battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the second speed (V2) was maintained the same as the first speed (V1) and the use of a knife (50a) was excluded.
제1 속도(V1)와 제2 속도(V2)가 동일하므로, 건식 전극필름이 전극집전체의 제1 영역 및 제2 영역 상에 모두 배치되었다.Since the first velocity (V1) and the second velocity (V2) are the same, the dry electrode film was placed on both the first region and the second region of the electrode collector.
제1 영역과 제2 영역의 경계를 따라 레이저 절단기(laser cutter)를 사용하여 건식 전극필름을 제2 영역으로부터 제거하고 제1 영역 상에만 건식 양극활물질층이 배치된 건식 양극을 제조하였다.A dry electrode film was removed from the second region using a laser cutter along the boundary between the first region and the second region, and a dry cathode was manufactured in which a dry cathode active material layer was disposed only on the first region.
건식 전극필름의 제2 영역을 제거하는 과정에서 레이저에 의하여 양극집전체 표면에 손상이 발생하였다. 제조된 건식 양극활물질층의 절단부에 인접하게 배치되는 버(burr) 및/또는 함몰부가 양극집전체에 형성되었다.During the process of removing the second region of the dry electrode film, the surface of the positive electrode collector was damaged by the laser. Burrs and/or depressions were formed on the positive electrode collector adjacent to the cut portion of the manufactured dry positive electrode active material layer.
비교예 2: 건식 분말Comparative Example 2: Dry Powder
(건식 전극필름)(dry electrode film)
건조 양극활물질로서 평균 입경(D50) 15 ㎛의 LiNi0.91Co0.05Al0.04O2 (이하, NCA91이라고 함), 건조 도전재로서 탄소도전재(Denka Black), 및 건조 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 96:1.8:2.2의 중량비로 블레이드 믹서에 투입한 후, 25℃에서 1000 rpm의 속도로 10분 동안 1차 건식 혼합하여 양극활물질, 도전재, 및 바인더가 균일하게 혼합된 제1 건식 혼합물을 준비하였다.LiNi 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 (hereinafter referred to as NCA91) having an average particle size (D50) of 15 ㎛ as a dry cathode active material, carbon conductive material (Denka Black) as a dry conductive material, and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a dry binder were placed in a blade mixer at a weight ratio of 96:1.8:2.2, and then primary dry mixing was performed at a speed of 1000 rpm at 25°C for 10 minutes to prepare a first dry mixture in which the cathode active material, conductive material, and binder were uniformly mixed.
(금속층)(metal layer)
알루미늄 호일의 일면에만 카본층이 배치된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 금속층을 준비하였다.A metal layer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbon layer was placed only on one side of the aluminum foil.
(건식 전극)(dry electrode)
제1 속도(V1)제1 속도(V1)알루미늄 박막(200)과 제1 라미네이터 롤(30a) 또는 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에 건식 양극필름(100a) 대신 상기에서 제조된 제1 건식 혼합물을 공급하고, 제1 라미네이터 롤(30a) 또는 제2 라미네이터 롤(30b)의 속도를 일정하게 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 전극필름(100)을 제조하였다.First speed (V1) First speed (V1) Except that the first dry mixture manufactured above was supplied between the aluminum thin film (200) and the first laminator roll (30a) or the second laminator roll (30b) instead of the dry cathode film (100a), and the speed of the first laminator roll (30a) or the second laminator roll (30b) was kept constant, a dry electrode film (100) was manufactured in the same manner as in Example 1.
도 2를 참조하면, 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b) 사이에서 제1 건식 혼합물(60) 과 알루미늄 박막(200)을 동시에 통과시키면서 라미네이션하여 전극집전체(200)의 일면 상에 건식 양극활물질층(300a)을 형성시켰다.Referring to FIG. 2, a first dry mixture (60) and an aluminum thin film (200) were simultaneously passed between a first laminator roll (30a) and a second laminator roll (30b) to laminate them, thereby forming a dry positive electrode active material layer (300a) on one surface of an electrode current collector (200).
제1 건식 혼합물이 제1 라미네이터 롤(30a)과 제2 라미네이터 롤(30b)을 통과하는 동안 건조 바인더의 섬유화(fibrillization)가 진행되어 전극집전체(200)의 일면 상에 건식 양극활물질층(300a)이 형성되었다.While the first dry mixture passed through the first laminator roll (30a) and the second laminator roll (30b), fibrillization of the dry binder progressed, and a dry positive electrode active material layer (300a) was formed on one surface of the electrode current collector (200).
카본층(150a)을 포함하는 전극집전체(200)의 제1 영역(500a) 및 카본층(150a)을 포함하지 않는 전극집전체의 제2 영역(500b)에 모두 건식 양극활물질층(300a)이 형성되었다. 전극집전체(200)의 제2 영역(500b)에 배치되는 건식 양극활물질층(300a)을 선택적으로 제거하여 건식 양극(400)을 제조하였다.A dry positive electrode active material layer (300a) was formed in both the first region (500a) of the electrode current collector (200) including the carbon layer (150a) and the second region (500b) of the electrode current collector not including the carbon layer (150a). The dry positive electrode active material layer (300a) disposed in the second region (500b) of the electrode current collector (200) was selectively removed to manufacture a dry positive electrode (400).
제1 영역(500a)과 제2 영역(500b)의 경계를 따라 레이저 절단기(laser cutter)를 사용하여 건식 양극필름(100a)을 제2 영역(500b)으로부터 선택적으로 제거하고 제1 영역(500a) 상에만 건식 양극활물질층(300a)이 배치된 건식 양극을 제조하였다.A dry cathode film (100a) was selectively removed from the second region (500b) using a laser cutter along the boundary between the first region (500a) and the second region (500b), and a dry cathode was manufactured in which a dry cathode active material layer (300a) was disposed only on the first region (500a).
도면에 도시되지 않으나, 건식 전극필름의 제2 영역을 제거하는 과정에서 레이저에 의하여 양극집전체 표면에 손상이 발생하였다. 제조된 건식 양극활물질층의 절단부에 인접하게 배치되는 버(burr) 및/또는 함몰부가 양극집전체에 형성되었다. 건식 양극이 포함하는 건식 양극활물질층의 표면에 균열이 발생하였다. 건식 양극 제조과정에서 건조 바인더의 섬유화를 위하여 높은 압력을 가함에 의하여 제조된 건식 양극활물질층에 균열이 발생한 것으로 판단되었다.Although not shown in the drawing, the surface of the positive electrode collector was damaged by the laser during the process of removing the second region of the dry electrode film. A burr and/or a depression adjacent to the cut portion of the manufactured dry positive electrode active material layer was formed on the positive electrode collector. Cracks occurred on the surface of the dry positive electrode active material layer included in the dry positive electrode. It was determined that the cracks occurred in the dry positive electrode active material layer manufactured by applying high pressure to fiberize the dry binder during the dry positive electrode manufacturing process.
(코인 셀의 제조)(Manufacturing of coin cells)
상기에서 제조된 건식 양극의 일부를 절단하여 양극을 사용하고, 리튬 금속을 상대 전극으로 하고, PTFE 격리막(separator)과 1.3M LiPF6가 EC(에틸렌 카보네이트)+EMC(에틸메틸카보네이트)+DMC(디메틸 카보네이트)(3:4:3 부피비)에 녹아있는 용액을 전해질로 사용하여 코인 셀을 제조하였다.A coin cell was manufactured by cutting a part of the dry positive electrode manufactured above, using the positive electrode, lithium metal as a counter electrode, a PTFE separator, and a solution of 1.3 M LiPF 6 dissolved in EC (ethylene carbonate) + EMC (ethyl methyl carbonate) + DMC (dimethyl carbonate) (volume ratio of 3:4:3) as an electrolyte.
비교예 3: 습식 양극Comparative Example 3: Wet Anode
(습식 양극의 제조)(Manufacture of wet anode)
양극활물질로서 평균 입경(D50) 15 ㎛의 LiNi0.91Co0.05Al0.04O2 (이하, NCA91이라고 함), 도전재로서 탄소도전재(Denka Black), 및 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 96:1.8:2.2의 중량비로 혼합한 혼합물을 N-메틸피롤리돈(NMP)과 함께 마노 유발에서 혼합하여 양극활물질층 형성용 슬러리를 제조하였다. 두께 12 ㎛의 알루미늄 호일 양극집전체의 일면 상에 상기 슬러리를 바코팅(bar coating)하고 상온에서 건조한 후 진공, 120℃의 조건에서 다시 한번 건조하여 양극활물질층을 도입하여 적층체를 준비하였다. 준비된 적층체를 압연하여 양극을 제조하였다. 압연 시의 압력은 3.0 ton/cm 이었다. 비교예 1의 양극의 양극활물질층의 두께는 실시예 1의 양극의 양극활물질층 두께와 동일하였다.A mixture of LiNi 0.91 Co 0.05 Al 0.04 O 2 (hereinafter referred to as NCA91) having an average particle size (D50) of 15 ㎛ as a cathode active material, a carbon conductive material (Denka Black) as a conductive material, and polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder was mixed in a weight ratio of 96:1.8:2.2 together with N-methylpyrrolidone (NMP) in an agate mortar to prepare a slurry for forming a cathode active material layer. The slurry was bar coated on one side of a 12 ㎛ thick aluminum foil cathode current collector, dried at room temperature, and then dried again under vacuum at 120° C. to introduce a cathode active material layer, thereby preparing a laminate. The prepared laminate was rolled to manufacture a cathode. The pressure during rolling was 3.0 ton/cm. The thickness of the cathode active material layer of the cathode of Comparative Example 1 was the same as the thickness of the cathode active material layer of the cathode of Example 1.
참고예 1: 중간층(interlayer) 부재 건식 양극Reference Example 1: Dry anode without interlayer
중간층(interlayer)으로서 카본층이 없는 12 ㎛ 두께의 알루미늄 박막을 양극집전체로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 건식 양극을 제조하였다.A dry positive electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a 12 μm thick aluminum film without a carbon layer as an interlayer was used as a positive electrode current collector.
건식 양극활물질층이 알루미늄 호일로부터 일부 박리되었다.The dry cathode active material layer was partially peeled off from the aluminum foil.
(코인 셀의 제조)(Manufacturing of coin cells)
건식 양극활물질층이 양극집전체로부터 일부 박리된 상태로 존재하므로 코인 셀의 제조가 불가하였다.Because the dry cathode active material layer was partially peeled off from the cathode current collector, it was impossible to manufacture a coin cell.
평가예 1: 양극활물질층의 수직 방향 결착력 평가(I)Evaluation Example 1: Evaluation of vertical bonding strength of the cathode active material layer (I)
SAICAS (SAICAS EN-EX, Daipla Wintes, JAPAN)을 사용하여, 실시예 1의 건식 양극 및 비교예 3에서 제조된 습식 양극에 포함되는 양극활물질층의 결착 특성을 분석하였다.Using SAICAS (SAICAS EN-EX, Daipla Wintes, JAPAN), the bonding characteristics of the cathode active material layer included in the dry cathode of Example 1 and the wet cathode manufactured in Comparative Example 3 were analyzed.
폭 1 mm의 다이아몬드 블레이드를 사용하여 클리어런스각(clearance angle) 10°, 레이크각(rake angle) 20°, 쉬어각(shearing angle) 45°, 수평 속도(horizontal velocity) 4 ㎛/s, 및 수직 속도(vertical velocity) 0.4 ㎛/s의 조건으로 정속도 분석을 수행하여 깊이에 따른 수직방향 결착력(FV, Vertical Force)을 측정하였다.Using a diamond blade with a width of 1 mm, constant velocity analysis was performed under the conditions of a clearance angle of 10°, a rake angle of 20°, a shearing angle of 45°, a horizontal velocity of 4 ㎛/s, and a vertical velocity of 0.4 ㎛/s to measure the vertical force (F V ) according to depth.
먼저, 양극활물질층 표면의 제1 위치로부터 양극집전체 표면까지 1차 정속도 분석을 수행하고, 양극집전체 표면을 따라 블레이드를 수평 이동시켜 양극활물질층을 제거하였다. 이어서, 상기 제1 위치로부터 10 ㎛ 후진시킨 위치에서, 1차 정속도 분석과 동일한 조건에서 2차 정속도 분석을 수행하였다. 2차 정속도 분석에서 측정된 데이터를 사용하였다.First, a first constant velocity analysis was performed from the first position on the surface of the positive electrode active material layer to the surface of the positive electrode current collector, and the blade was moved horizontally along the surface of the positive electrode current collector to remove the positive electrode active material layer. Then, a second constant velocity analysis was performed at a
양극활물질층에서 양극활물질층의 수직 방향 결착력을 측정하고, 측정된 데이터를 결착력 그래프 면적으로 정규화하여, 양극활물질층의 깊이에 따른 수직 방향 상대 결착력(FVR, Vertical Relative Force)을 도출하였다.The vertical adhesion of the positive electrode active material layer was measured in the positive electrode active material layer, and the measured data was normalized to the adhesion graph area to derive the vertical relative adhesion force (F VR ) according to the depth of the positive electrode active material layer.
양극활물질층의 수직 방향 결착력은, 양극활물질층의 전체 두께에 대하여, 양극활물질층 표면으로부터 5% 이격된 제1 지점으로부터 전극집전체의 표면으로부터 5% 이격된 제2 지점까지의 구간에서 측정된 데이터를 사용하였다. 즉, 양극활물질층 표면 근처 및 전극집전체 표면 근처에서의 데이터는 측정 오차를 방지하기 위하여 제외하였다.The vertical adhesion of the positive electrode active material layer was measured using data from a
도출된 양극활물질층의 수직 방향 상대 결착력(FVR, Vertical Relative Force) 데이터로부터 하기 수학식 1을 사용하여 수직 방향 결착력(FVR, Vertical Relative Force) 변화율을 계산하였다. 또한, 도출된 양극활물질층의 수직 방향 상대 결착력(FVR, Vertical Relative Force) 데이터로부터 산술 평균값도 계산하였다.The change rate of vertical relative force (F VR ) of the derived positive electrode active material layer was calculated using the following
<수학식 1><
수직 방향 상대 결착력(FVR, Vertical Relative Force)의 변화율 = [(수직방향 상대 결착력의 최대값 - 수직방향 상대 결착력의 최소값) / 수직방향 상대 결착력의 최소값] × 100Rate of change of vertical relative force (F VR ) = [(maximum vertical relative force - minimum vertical relative force) / minimum vertical relative force] × 100
측정 결과, 실시예 1의 건식 양극이 포함하는 양극활물질층의 수직 방향 상대 결착력의 변화율은 300% 이하였다.As a result of the measurement, the rate of change in the vertical relative bonding force of the positive electrode active material layer included in the dry positive electrode of Example 1 was 300% or less.
따라서, 실시예 1의 양극활물질층(즉, 건식 전극필름)은 양극활물질층의 두께 방향에 따른 위치에 무관하게 균일한 결착력 및 조성 분포를 가짐을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the positive electrode active material layer (i.e., dry electrode film) of Example 1 had uniform bonding strength and composition distribution regardless of the position along the thickness direction of the positive electrode active material layer.
이에 반해, 비교예 3의 습식 양극이 포함하는 양극활물질층은 수직 방향 상대 결착력의 변화율은 400% 초과였다.In contrast, the positive electrode active material layer included in the wet positive electrode of Comparative Example 3 had a change rate in the vertical relative bonding force of more than 400%.
따라서, 비교예 3의 양극활물질층은 양극활물질층의 두께 방향의 위치에 따라 현저히 변화되는 결착력 및 조성 분포를 가짐을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that the cathode active material layer of Comparative Example 3 had a bonding force and composition distribution that significantly changed depending on the position in the thickness direction of the cathode active material layer.
평가예 2: 양극활물질층의 수평 방향 결착력 평가(II)Evaluation Example 2: Evaluation of horizontal bonding strength of positive electrode active material layer (II)
SAICAS (SAICAS EN-EX, Daipla Wintes, JAPAN)을 사용하여, 실시예 1에서 제조된 건식 양극 및 비교예 3에서 제조된 습식 양극에 포함되는 양극활물질층의 결착 특성을 분석하였다. The bonding characteristics of the cathode active material layer included in the dry cathode manufactured in Example 1 and the wet cathode manufactured in Comparative Example 3 were analyzed using SAICAS (SAICAS EN-EX, Daipla Wintes, JAPAN).
폭 1 mm의 다이아몬드 블레이드를 사용하여 클리어런스각(clearance angle) 10°, 레이크각(rake angle) 20°, 쉬어각(shear angle) 45°, 수평 속도(horizontal velocity) 4 ㎛/s, 및 수직 속도(vertical velocity) 0.4 ㎛/s의 조건으로 정속도 분석을 수행하여 깊이에 따른 수평 방향 결착력(FH, Horizontal Force)을 측정하였다.Using a diamond blade with a width of 1 mm, constant velocity analysis was performed under the conditions of a clearance angle of 10°, a rake angle of 20°, a shear angle of 45°, a horizontal velocity of 4 ㎛/s, and a vertical velocity of 0.4 ㎛/s to measure the horizontal force (F H ) according to depth.
먼저, 양극활물질층 표면의 제1 위치로부터 양극집전체 표면까지 1차 정속도 분석을 수행하고, 양극집전체 표면을 따라 블레이드를 수평 이동시켜 양극활물질층을 제거하였다. 이어서, 상기 제1 위치로부터 10um 후진시킨 위치에서, 1차 정속도 분석과 동일한 조건에서 2차 정속도 분석을 수행하였다. 2차 정속도 분석에서 측정된 데이터를 사용하였다.First, a first constant velocity analysis was performed from the first position on the surface of the positive electrode active material layer to the surface of the positive electrode current collector, and the blade was moved horizontally along the surface of the positive electrode current collector to remove the positive electrode active material layer. Then, a second constant velocity analysis was performed at a
양극활물질층 전체 두께에 대하여, 양극활물질층 표면으로부터 10% 이격된 제1 지점에서의 제1 수평 방향 결착력(FH1, Horizontal Force) 및 양극집전체의 표면으로부터 10% 이격된 제2 지점에서의 제2 수평 방향 결착력(FH2, Horizontal Force)을 측정하였다.For the entire thickness of the cathode active material layer, the first horizontal bonding force (F H1 , Horizontal Force) at a
제1 지점과 제2 지점의 수평 방향 결착력 비율은 하기 수학식 2로 정의된다.The ratio of horizontal bonding forces between the first and second points is defined by the following
<수학식 2><
제1 지점과 제2 지점의 수평 방향 결착력 비율 (%) = [FH2/FH1]×100Horizontal bonding force ratio of
측정 결과, 실시예 1의 양극활물질층의 수평 방향 상대 결착력의 비율은 60% 이상이었다.As a result of the measurement, the ratio of the horizontal relative bonding force of the positive electrode active material layer of Example 1 was 60% or more.
이에 반해, 비교예 3의 양극활물질층의 수평 방향 결착력 비율은 50 % 미만이었다.In contrast, the horizontal bonding strength ratio of the positive electrode active material layer of Comparative Example 3 was less than 50%.
즉, 실시예 1의 양극활물질층의 수평 방향 상대 결착력의 비율이 비교예 3의 양극활물질층에 비하여 증가하였다.That is, the ratio of the horizontal relative bonding force of the positive electrode active material layer of Example 1 increased compared to that of the positive electrode active material layer of Comparative Example 3.
따라서, 실시예 1의 양극활물질층(즉, 건식 전극필름)이 비교예 3의 양극활물질층에 비하여 보다 균일한 결착력 및 조성 분포를 가짐을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the positive electrode active material layer (i.e., dry electrode film) of Example 1 had more uniform bonding strength and composition distribution than the positive electrode active material layer of Comparative Example 3.
평가예 3: 상온 충방전 특성 평가Evaluation Example 3: Evaluation of room temperature charge/discharge characteristics
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 리튬전지를 25℃에서 0.1 C rate의 전류로 전압이 4.4 V (vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하고, 이어서 정전압 모드에서 4.4 V 를 유지하면서 0.05 C rate의 전류에서 컷오프(cut-off)하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8 V (vs. Li)에 이를 때까지 0.1 C rate의 정전류로 방전하였다(화성(formation) 사이클).The lithium batteries manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 were charged under constant current at 25°C at a current of 0.1 C rate until the voltage reached 4.4 V (vs. Li), and then cut-off at a current of 0.05 C rate while maintaining 4.4 V in constant voltage mode. Subsequently, the batteries were discharged under constant current at 0.1 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li) during discharge (formation cycle).
화성 사이클을 거친 리튬전지를 25℃에서 0.5 C rate의 전류로 전압이 4.4V(vs. Li)에 이를 때까지 정전류 충전하였다. 이어서, 방전시에 전압이 2.8 V (vs. Li)에 이를 때까지 0.5 C rate의 정전류로 방전하였고, 이러한 사이클을 100th 사이클까지 동일한 조건으로 반복하였다(100회 반복).The lithium battery that had undergone the Mars cycle was charged at a constant current of 0.5 C rate at 25°C until the voltage reached 4.4 V (vs. Li). Then, the battery was discharged at a constant current of 0.5 C rate until the voltage reached 2.8 V (vs. Li), and this cycle was repeated under the same conditions up to the 100th cycle (repeated 100 times).
모든 충방전 사이클에서 하나의 충전/방전 사이클 후 10분간의 정지 시간을 두었다. 상온 충방전 실험 결과의 일부를 하기 표 1에 나타내었다. 100th 사이클에서의 용량유지율은 하기 수학식 3으로 정의된다.In all charge/discharge cycles, a pause of 10 minutes was allowed after one charge/discharge cycle. Some of the results of the room temperature charge/discharge experiments are shown in Table 1 below. The capacity retention at the 100th cycle is defined by the following
<수학식 3><
용량유지율[%] = [100th 사이클에서의 방전용량 / 1st 사이클에서의 방전용량] × 100Capacity retention rate [%] = [Discharge capacity at 100th cycle / Discharge capacity at 1st cycle] × 100
표 1에 보여지는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 리튬전지는 비교예 1 내지 2의 리튬전지에 비하여 상온 수명 특성 향상되었다.As shown in Table 1, the lithium batteries of Examples 1 to 4 showed improved room temperature life characteristics compared to the lithium batteries of Comparative Examples 1 to 2.
비교예 1의 리튬전지는 레이저 절단에 의한 양극활물질층의 외주부에 인접하게 형성되는 버(burr) 및/또는 함몰부에 기인한 부반응의 증가에 의하여 수명 특성이 저하된 것으로 판단되었다.It was determined that the lithium battery of Comparative Example 1 had a reduced lifespan due to an increase in side reactions caused by burrs and/or depressions formed adjacent to the outer periphery of the cathode active material layer by laser cutting.
비교예 2의 리튬전지는 레이저 절단에 의한 양극활물질층의 외주부에 인접하게 형성되는 버(burr) 및/또는 함몰부에 기인한 부반응에 더하여 양극활물질층 표면 상에 형성된 균열에 기인한 부반응이 추가적으로 발생함에 의하여 수명 특성이 저하된 것으로 판단되었다.It was determined that the lithium battery of Comparative Example 2 had a deteriorated life characteristic due to side reactions caused by cracks formed on the surface of the positive electrode active material layer in addition to side reactions caused by burrs and/or depressions formed adjacent to the outer periphery of the positive electrode active material layer by laser cutting.
Claims (24)
건식 전극필름을 제2 속도로 제공하며 간헐적(intermittently)으로 상기 제2 속도에 비하여 더 작은 제3 속도로 제공하는 단계; 및
상기 금속층의 일면 또는 양면 상에 간헐적으로 상기 건식 전극필름을 배치하여 건식 전극활물질층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 건식 전극필름을 상기 제2 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 배치되고,
상기 건식 전극필름을 상기 제3 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 미배치되는(undisposed), 건식 전극 제조방법.A step of providing a metal layer at a first speed;
A step of providing a dry electrode film at a second speed and intermittently providing the film at a third speed that is lower than the second speed; and
A step of intermittently disposing the dry electrode film on one or both sides of the metal layer to form a dry electrode active material layer,
While providing the dry electrode film at the second speed, the dry electrode film is disposed on the metal layer,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the dry electrode film is undisposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the third speed.
상기 금속층을 제공하는 제1 속도와 상기 건식 전극필름을 제공하는 제2 속도가 서로 동일하며,
상기 건식 전극필름을 제공하는 제3 속도가 상기 건식 전극필름을 제공하는 제2 속도의 10 % 내지 100 % 미만인, 건식 전극 제조방법.In the first paragraph, the first speed of providing the metal layer is the speed of providing the dry electrode,
The first speed for providing the metal layer and the second speed for providing the dry electrode film are equal to each other,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the third speed for providing the dry electrode film is less than 10% to 100% of the second speed for providing the dry electrode film.
상기 건식 전극필름이 상기 건식 전극필름의 길이 방향에 직교하는 방향을 따라 도입되는 하나 이상의 절단선을 더 포함하며,
상기 절단선을 포함하는 건식 전극필름이 상기 금속층 상에 배치되기 전에 지지체에 의하여 지지되는, 건식 전극 제조방법.In the first paragraph, the dry electrode film is a self-standing film,
The above dry electrode film further includes one or more cutting lines introduced along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the above dry electrode film,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein a dry electrode film including the above-described cutting line is supported by a support before being placed on the metal layer.
상기 상기 중간층이 상기 제1 영역 및 제2 영역 중에서 상기 제1 영역에 선택적으로 배치되는, 건식 전극 제조방법.In the fourth paragraph, the metal layer includes a plurality of first regions spaced apart along the longitudinal direction of the metal layer and one or more second regions intermittently arranged between the plurality of first regions,
A dry electrode manufacturing method, wherein the intermediate layer is selectively disposed in the first region among the first region and the second region.
상기 건식 전극필름이 제3 속도로 제공되는 동안 상기 금속층의 제2 영역에 건식 전극필름이 비배치되는(undisposed), 건식 전극 제조방법.In the fifth paragraph, the dry electrode film is disposed on the intermediate layer of the first region while the dry electrode film is provided at the second speed,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the dry electrode film is undisposed in a second region of the metal layer while the dry electrode film is provided at a third speed.
상기 건식 전극필름이 상기 건식 전극필름의 길이 방향에 직교하는 방향을 따라 도입되는 복수의 절단선을 더 포함하며,
상기 복수의 절단선 사이의 제2 거리가 상기 제1 거리의 10 % 내지 100 % 미만인, 건식 전극 제조방법.In the first paragraph, the dry electrode active material layer is arranged at a first distance apart at a uniform interval along the length direction of the dry electrode,
The above dry electrode film further includes a plurality of cutting lines introduced along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the above dry electrode film,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the second distance between the plurality of cutting lines is less than 10% to 100% of the first distance.
상기 제1 라미네이터 롤 및 상기 제2 라미네이터 롤 중 하나 이상이 상기 건식 전극필름을 상기 제1 라미네이터 롤 및 상기 제2 라미네이터 롤 중 하나 이상에 기계적으로 부착시키는 흡기구를 더 포함하며,
상기 건식 전극필름이 상기 제1 라미네이터 롤 및 상기 제2 라미네이터 롤 중 하나 이상에 부착된 상태에서 기계 방향을 따라 형성되는 하나 이상의 절단선을 더 포함하며,
상기 제1 라미네이터 롤 및 제2 라미네이터 롤 중 하나 이상에 축 방향(TD, Transverse direction)을 따라 형성되는 길이를 가지는 개구(opening)가 부재(free)인, 건식 전극 제조방법.In the first aspect, the step of forming the dry electrode active material layer includes the step of simultaneously providing the dry electrode film and the metal layer between the first laminator roll and the second laminator roll,
At least one of the first laminator roll and the second laminator roll further includes an intake port for mechanically attaching the dry electrode film to at least one of the first laminator roll and the second laminator roll,
The dry electrode film further includes at least one cutting line formed along the machine direction while attached to at least one of the first laminator roll and the second laminator roll,
A dry electrode manufacturing method, wherein an opening having a length formed along the axial direction (TD, transverse direction) is free in at least one of the first laminator roll and the second laminator roll.
상기 금속층의 제2 영역을 상기 제1 라미네이터 롤과 제2 라미네이터 롤 사이에 제공하고 상기 건식 전극필름을 상기 제1 라미네이터 롤과 제2 라미네이터 롤 사이에 제공하지 않는 동안 제1 라미네터 롤과 제2 라미네이터 롤이 제1 회전 속도를 가지거나 또는 상기 제1 라미네이터 롤 및 제2 라미네이터 롤 중 하나 이상이 상기 제1 회전 속도에 비하여 낮은 제2 회전 속도를 가지는, 건식 전극 제조방법.In the 14th paragraph, while the first region of the metal layer and the dry electrode film are simultaneously provided between the first laminator roll and the second laminator roll, the first laminator roll and the second laminator roll have the first rotation speed,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the first laminator roll and the second laminator roll have a first rotation speed or at least one of the first laminator roll and the second laminator roll has a second rotation speed lower than the first rotation speed while the second region of the metal layer is provided between the first laminator roll and the second laminator roll and the dry electrode film is not provided between the first laminator roll and the second laminator roll.
상기 바인더가 전도성 바인더 및 비전도성 바인더 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 바인더가 불소계 바인더를 포함하며,
중간층의 두께가 상기 금속층 두께의 30% 이하인, 건식 전극 제조방법.In the fourth paragraph, the intermediate layer includes a binder,
The above binder comprises at least one selected from a conductive binder and a non-conductive binder,
The above binder comprises a fluorine-based binder,
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the thickness of the intermediate layer is 30% or less of the thickness of the metal layer.
상기 건식 전극필름이 건조 전극활물질 및 건조 바인더를 포함하며, 상기 건조 바인더가 섬유화(fibrillized) 바인더를 포함하며, 상기 건조 바인더가 불소계 바인더를 포함하며,
상기 건식 전극필름이 건조 도전재를 더 포함하며, 상기 건조 도전재가 탄소계 도전재를 포함하는, 건식 전극 제조방법.In the first paragraph, the dry electrode film is free of residual processing solvent,
The above dry electrode film comprises a dry electrode active material and a dry binder, the dry binder comprises a fibrillized binder, and the dry binder comprises a fluorine-based binder.
A method for manufacturing a dry electrode, wherein the dry electrode film further includes a dry conductive material, and the dry conductive material includes a carbon-based conductive material.
상기 제1 라미네이터롤과 제2 라미네이터롤 중 하나 이상이 제2 회전 주변 속도를 가지며, 간헐적으로 제2 회전 주변 속도에 비하여 작은 제3 회전 주변 속도를 가지도록 구성되거나 구동되며,
상기 제1 라미네이터롤과 상기 제2 라미네이터롤이 서로 반대 회전 방향을 가지는, 건식 전극 제조장치.It includes a first laminator roll and a second laminator roll which are arranged spaced apart from each other,
At least one of the first laminator roll and the second laminator roll has a second rotational peripheral speed and is configured or driven to intermittently have a third rotational peripheral speed that is smaller than the second rotational peripheral speed,
A dry electrode manufacturing device, wherein the first laminator roll and the second laminator roll have opposite rotation directions.
상기 제1 권취 롤에 금속층이 권취되고,
상기 제1 권취 롤로부터 상기 제1 라미레이터롤과 상기 제2 라미네이터롤 사이에 상기 금속층을 제1 속도로 제공하며,
상기 금속층 상에 상기 제1 라미네이터롤 및 상기 제2 라미네이터롤 중 하나 이상으로부터 건식 전극필름을 제2 속도로 제공하며, 간헐적으로 상기 제2 속도에 비하여 작은 제3 속도로 제공하며,
상기 건식 전극필름을 상기 제2 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 배치되고,
상기 건식 전극필름을 상기 제3 속도로 제공하는 동안 상기 금속층 상에 상기 건식 전극필름이 미배치되는(undisposed), 건식 전극 제조장치.In the 21st paragraph, further comprising a first winding roll,
A metal layer is wound on the first winding roll,
The metal layer is provided between the first laminator roll and the second laminator roll from the first winding roll at a first speed,
Providing a dry electrode film at a second speed from at least one of the first laminator roll and the second laminator roll on the metal layer, and intermittently providing the film at a third speed that is lower than the second speed,
While providing the dry electrode film at the second speed, the dry electrode film is disposed on the metal layer,
A dry electrode manufacturing device, wherein the dry electrode film is undisposed on the metal layer while the dry electrode film is provided at the third speed.
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