KR102168229B1 - An electrode for an electrochemical device and a method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해액 함침 특성이 개선된 전기화학소자용 전극 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 전극은 표면에 하나 이상의 패턴부가 형성되는 것이며, 상기 패턴부는 레이저 식각에 의해 마련된다. The present invention relates to an electrode for an electrochemical device having improved electrolyte impregnation properties and a method of manufacturing the same. In the electrode according to the present invention, at least one pattern portion is formed on a surface, and the pattern portion is provided by laser etching.
Description
본 발명은 전기화학소자용 전극 및 상기 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 전해액 함침 특성이 개선된 전기화학소자용 전극 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다. The present invention relates to an electrode for an electrochemical device and a method of manufacturing the electrode. In more detail, the present invention relates to an electrode for an electrochemical device with improved electrolyte impregnation properties and a method of manufacturing the same.
휴대 전화나 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기가 발달함에 따라 그 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 최근에는, 하이브리드 전기자동차(HEV), 전기자동차(EV)의 동력원으로서 이차 전지의 사용이 현실화되고 있다. 그에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 특히, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력을 가지는 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높아지는 추세이다.As portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers are developed, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. In recent years, the use of secondary batteries as a power source for hybrid electric vehicles (HEV) and electric vehicles (EV) has been realized. Accordingly, many studies are being conducted on secondary batteries that can meet various needs, and in particular, demand for lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage, and output is increasing.
이러한 용도의 이차 전지는 고용량 및 고에너지 밀도, 우수한 수명특성이 요구되는데 이러한 특성을 만족하기 위해서는 전극 조립체가 전해액에 완전히 함침되어 전극들 간의 전극반응이 활발히 일어날 수 있어야 한다. 만일 전극 조립체가 전해액에 불완전하게 함침되는 경우에는 전극간의 반응이 원활하지 못하여 저항이 높아지고 출력특성 및 전지의 용량이 급격히 떨어지며, 이로 인하여 전지 성능 저하, 수명 단축 현상이 나타나는 것은 물론, 높은 저항의 발현으로 전지의 열화 또는 폭발 현상이 일어날 수 있는 위험에 노출되게 된다.The secondary battery for this purpose is required to have high capacity, high energy density, and excellent life characteristics. In order to satisfy these characteristics, the electrode assembly must be completely impregnated with the electrolyte so that electrode reactions between the electrodes can be actively generated. If the electrode assembly is incompletely impregnated with the electrolyte, the reaction between the electrodes is not smooth, so the resistance increases, the output characteristics and the capacity of the battery drop rapidly, resulting in a decrease in battery performance and a shortened lifespan, as well as high resistance. As a result, you are exposed to the risk of battery deterioration or explosion.
따라서, 전극 조립체의 전해액 함침성을 높여 전지의 성능을 개선하고 안전성을 향상시키기 위한 전지 등 전기화학소자의 개발이 시급하다. Therefore, it is urgent to develop an electrochemical device such as a battery to improve the performance and safety of the battery by increasing the electrolyte impregnation property of the electrode assembly.
본원 발명은 전해액 함침성이 우수한 전기화학소자용 전극 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극을 포함하는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체의 제조 방법을 제공하는 것이다. 한편, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode for an electrochemical device having excellent electrolyte impregnation properties and a method of manufacturing the same. In addition, another object of the present invention is to provide an electrode assembly including the electrode and a method of manufacturing the electrode assembly. On the other hand, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by means or methods described in the claims, and combinations thereof.
본 발명은 전해액 함침성이 개선된 전극 및 상기 전극을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention provides an electrode with improved electrolyte impregnation and a method of manufacturing the electrode.
본 발명의 제1 측면은, 전극 집전체; 및 상기 전극 집전체의 적어도 일측면상에 형성된 전극 활물질층을 포함하며, 상기 전극 활물질층은 표면에 오목한 형태의 패턴이 형성된 패턴부 및 상기 패턴이 형성되지 않은 비패턴부를 포함하는 것인 전기화학소자용 전극인 것이다. A first aspect of the present invention is an electrode current collector; And an electrode active material layer formed on at least one side of the electrode current collector, wherein the electrode active material layer includes a pattern portion having a concave pattern formed on a surface thereof and a non-pattern portion in which the pattern is not formed. It is a dragon electrode.
본 발명의 제2 측면은, 제1 측면에 있어서, 상기 패턴부가 고랑(furrow)의 형태의 패턴을 포함하는 것이다. A second aspect of the present invention is that in the first aspect, the pattern portion includes a pattern in the form of a furrow.
본 발명의 제3 측면은, 제2 측면에 있어서, 상기 고랑(furrow)이 전극 활물질층 표면에 하나 이상 형성된 것이다. In a third aspect of the present invention, in the second aspect, at least one furrow is formed on the surface of the electrode active material layer.
본 발명의 제4 측면은, 제3 측면에 있어서, 상기 고랑(furrow)은 적어도 일측 단부가 전극 활물질층의 가장자리까지 연결된 것이다. In a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, at least one end of the furrow is connected to the edge of the electrode active material layer.
본 발명의 제5 측면은, 제3 측면에 있어서, 전극 활물질층 표면에 형성된 어느 하나의 고랑은 다른 고랑과 교차하거나 교차하지 않는 것이다. A fifth aspect of the present invention is that in the third aspect, any one furrow formed on the surface of the electrode active material layer intersects with or does not cross another furrow.
본 발명의 제6 측면은, 제1 측면 내지 제5 측면 중 어느 하나에 있어서, 전극 활물질층의 표면적 100% 대비 상기 패턴부의 면적은 1% 내지 10%인 것이다. In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the area of the pattern portion is 1% to 10% relative to 100% of the surface area of the electrode active material layer.
본 발명의 제7 측면은, 제1 측면 내지 제6 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 패턴부와 비패턴부는 기공도의 차이가 20% 이내인 것이다. In a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the difference in porosity between the patterned portion and the non-patterned portion is within 20%.
본 발명의 제8 측면은, 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전기화학소자용 전극 조립체에 대한 것으로서, 상기 음극과 양극 중 적어도 어느 하나는 본원 발명의 제1 측면 내지 제7 측면 중 어느 하나에 따른 것이다. An eighth aspect of the present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the cathode and the anode is from the first aspect of the present invention. According to any of the seventh aspects.
본 발명의 제9 측면은, 제`1 내지 제8 측면 중 어느 하나에 따른 전극을 제조하는 방법에 대한 것으로서, 상기 방법은 (S1) 전극 집전체의 적어도 일측 표면에 전극 활물질 형성용 슬러리를 도포하는 단계; (S2) 상기 슬러리를 건조하는 단계; 및 (S3) 상기 건조된 슬러리의 표면에 오목한 형태의 패턴을 갖는 패턴부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 (S3)은 레이저 식각의 방법으로 수행되는 것이다. A ninth aspect of the present invention relates to a method of manufacturing an electrode according to any one of the '1 to 8', the method comprising (S1) applying a slurry for forming an electrode active material on at least one surface of the electrode current collector Step to do; (S2) drying the slurry; And (S3) forming a pattern portion having a concave pattern on the surface of the dried slurry, wherein (S3) is performed by a laser etching method.
본 발명의 제10 측면은 제9 측면에 있어서, 상기 (S3) 단계를 수행한 후 (S4) 전극 활물질층을 압연하는 단계를 더 포함하며, 상기 압연은 압연부재를 이용하여 수행되는 것이다. A tenth aspect of the present invention further includes the step of rolling the electrode active material layer (S4) after performing the step (S3), wherein the rolling is performed using a rolling member.
본 발명의 제11 측면은, 제10 측면에 있어서, 상기 압연 부재는 전극 활물질층 표면에 형성된 패턴과 정합하는 패턴을 갖도록 표면 처리된 것이다. In the eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, the rolled member is surface-treated to have a pattern matching the pattern formed on the surface of the electrode active material layer.
본 발명의 제12 측면은, 제10 측면에 있어서, 상기 압연은 상기 패턴부와 비패턴부는 기공도의 차이가 20% 이내가 되도록 하는 것이다. In a twelfth aspect of the present invention, in the tenth aspect, the rolling is such that the difference in porosity between the pattern portion and the non-pattern portion is within 20%.
본 발명에 따른 전극은 표면에 오목한 패턴이 형성되고 상기 패턴은 분리막과 밀착되지 않으므로 상기 패턴을 통해 전해액이 전극 조립체 내부로 용이하게 침투할 수 있다. 따라서, 상기 전극을 이용한 전극 조립체는 전해액에 대한 함침 속도 및 전해액 함침 특성이 향상된다. 이에 따라 본 발명에 따른 전극을 포함하는 전극은 수명 특성, 출력 특성 및 저항 특성 등 전지의 성능이 향상되는 효과가 있다.Since the electrode according to the present invention has a concave pattern on its surface and the pattern does not come into close contact with the separator, the electrolyte can easily penetrate into the electrode assembly through the pattern. Accordingly, the electrode assembly using the electrode has an improved impregnation rate for an electrolyte and an electrolyte impregnation property. Accordingly, the electrode including the electrode according to the present invention has an effect of improving battery performance, such as life characteristics, output characteristics, and resistance characteristics.
또한, 본 발명에 따른 전극 제조 방법은 전극 활물질의 탈리가 적어 용량 감소의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 전극 표면의 압연시 패턴 및 전극 표면이 고르게 가압되므로 전극 활물질층의 압연 밀도 및 기공도가 국소적 차등이 없이 균일한 분포를 나타낸다. In addition, the electrode manufacturing method according to the present invention can eliminate the problem of capacity reduction because the electrode active material is less detached. In addition, since the pattern and the electrode surface are pressed evenly during rolling of the electrode surface, the rolling density and porosity of the electrode active material layer exhibit uniform distribution without local differences.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 통상적인 전극 조립체에서 전극과 분리막으로 전해액이 함침되는 과정을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극의 제조공정 순서도를 나타낸 것이다.
도 5a 내지 5d는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극의 제조 공정의 각 단계를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 전극 활물질층에 패턴을 형성하는 다양한 방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 7은 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체를 도식화하여 나타낸 것이다.
도 8은 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체에 대한 전해액 주액 방향을 나타낸 것이다.
도 9는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체의 제조 공정을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 10a 내지 도 10d는 실시예 1 내지 4에서 식각된 전극 표면을 나타낸 사진이다.
도 11은 실시예 5에서 식각된 전극 표면을 나타낸 사진이다.
도 12는 실시예 6에서 식각된 전극 표면을 나타낸 사진이다. The accompanying drawings illustrate preferred embodiments of the present invention, and explain the principles of the present invention together with the detailed description, and the scope of the invention is not limited thereto. Meanwhile, the shape, size, scale, or ratio of elements in the drawings included in the present specification may be exaggerated to emphasize a clearer description.
1 and 2 are schematic views of an electrode according to a specific embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a process in which an electrolyte is impregnated with an electrode and a separator in a conventional electrode assembly.
4 shows a flow chart of a manufacturing process of an electrode according to a specific embodiment of the present invention.
5A to 5D schematically show each step of the manufacturing process of an electrode according to a specific embodiment of the present invention.
6A and 6B schematically show various methods of forming a pattern on an electrode active material layer.
7 is a schematic view showing an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an electrolyte solution injection direction for an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention.
9 is a schematic view showing a manufacturing process of an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention.
10A to 10D are photographs showing the electrode surfaces etched in Examples 1 to 4.
11 is a photograph showing the electrode surface etched in Example 5.
12 is a photograph showing the electrode surface etched in Example 6.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor shall appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, and thus various alternatives that can be substituted for them at the time of application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1 측면은 전기화학소자용 전극에 대한 것이다. A first aspect of the present invention relates to an electrode for an electrochemical device.
본 발명에 따른 전극은 집전체와 집전체의 적어도 일측 표면에 코팅된 전극 활물질층을 포함한다. 상기 전극은 양극 또는 음극 일 수 있다. 집전체에 양극 활물질이 코팅되어 구성된 전극은 양극으로 기능하며, 집전체에 음극 활물질이 코팅되어 구성된 전극은 음극으로 기능한다. The electrode according to the present invention includes a current collector and an electrode active material layer coated on at least one surface of the current collector. The electrode may be an anode or a cathode. An electrode formed by coating a positive electrode active material on a current collector functions as a positive electrode, and an electrode formed by coating a negative active material on a current collector functions as a negative electrode.
본 발명에 따른 상기 전극은 전극 활물질층에 오목 패턴을 포함하는 패턴부 및 패턴이 형성되지 않은 비패턴부를 포함하는 것으로서, 상기 오목 패턴은 전해액이나 가스 등의 유로로 제공될 수 있다. The electrode according to the present invention includes a pattern portion including a concave pattern and a non-pattern portion in which the pattern is not formed in the electrode active material layer, and the concave pattern may be provided as a flow path of an electrolyte solution or gas.
도 1 및 도 2는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극(100)을 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면 본 발명에 따른 전극은 집전체(120)의 일면에 전극 활물질층(110)이 코팅되어 있으며, 상기 전극 활물질층은 오목한 형태 패턴이 형성된 패턴부(111)와 패턴이 형성되지 않은 비패턴부(112)가 구비되어 있다. 본 발명에서 오목 패턴은 전극 활물질층 표면에서 주변부 보다 높이가 낮게 패인 부분을 지칭한다. 본 발명의 일 실시양태에 있어서 상기 오목 패턴은 고랑(furrow) 형태일 수 있으며, 상기 고랑 형태는 예를 들어 소정의 길이를 갖는 선형(線形)인 것이다. 1 and 2 are schematic views of an
상기 고랑은 전극 활물질층의 표면에 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다. 둘 이상 형성되는 경우 어느 하나의 고랑은 다른 고랑과 교차하거나 혹은 교차하지 않을 수 있다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 고랑이 둘 이상 형성되는 경우에는 상기 고랑들은 서로 평행하게 형성될 수 있다. One or more furrows may be formed on the surface of the electrode active material layer. When two or more furrows are formed, one furrow may or may not intersect with the other furrow. In a specific embodiment of the present invention, when two or more furrows are formed, the furrows may be formed parallel to each other.
도 1은 전극 활물질층에 다수의 고랑이 형성된 것을 개략적으로 도시한 것으로서, 이들은 서로 평행하게 배치되어 있다. 또한, 도 2는 하나의 고랑이 다른 고랑과 서로 교차하여 배치된 모습을 개략적으로 도시한 것이다. 1 schematically illustrates that a plurality of furrows are formed in an electrode active material layer, and they are arranged parallel to each other. In addition, FIG. 2 schematically shows a state in which one furrow is disposed to cross each other with another furrow.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 고랑 형태의 오목 패턴은 적어도 일측 단부가 전극 활물질층의 가장자리까지 연결되도록 형성된다(도 1 및 도 2 참조). 상기와 같이 오목 패턴을 형성하게 되면, 상기 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조했을 때, 전극 조립체에서 전극에 형성된 고랑이 전극 조립체의 외부로 개방되어 전해액이 전극 조립체 내외부로 용이하게 유출입될 수 있다. 또한, 전극 조립체 내부로 전해액이 유입될 때 전극 조립체 내부에 존재하는 공기가 배기되는 통로로 제공될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the furrow-shaped concave pattern is formed such that at least one end of the concave pattern is connected to the edge of the electrode active material layer (see FIGS. 1 and 2 ). When the concave pattern is formed as described above, when an electrode assembly including the electrode is manufactured, the furrow formed in the electrode in the electrode assembly is opened to the outside of the electrode assembly, so that the electrolyte can easily flow into and out of the electrode assembly. In addition, when the electrolyte is introduced into the electrode assembly, it may be provided as a passage through which air present in the electrode assembly is exhausted.
도 3는 종래기술에 따라 제조된 전극 조립체의 단면을 나타낸 사진으로, 전극 활물질층의 표면에 전해액 유로가 형성되지 않고 전극 활물질층의 전면이 분리막과 밀착되어 있다. 이러한 상태의 전극 조립체에 전해액을 주액하게 되면 전극 함침을 위해서는 전해액이 활물질 입자의 사이로 침투하여야 하므로 전극 내부까지 침투 경로가 연장되어 함침 시간이 증가될 수 있다. 또한, 전해액의 점도가 높은 경우에는 이러한 경향이 악화될 수 있다. 또한, 전해액 함침시 공기가 배기되지 못하고 활물질 입자 사이에 기포의 형태로 잔존하게 되면 전해액이 침투하지 못하는 부분이 발생될 수 있어 용량 저하의 원인이 될 수 있다. 3 is a photograph showing a cross section of an electrode assembly manufactured according to the prior art, in which an electrolyte flow path is not formed on the surface of the electrode active material layer, and the entire surface of the electrode active material layer is in close contact with the separator. When the electrolyte is injected into the electrode assembly in this state, since the electrolyte must penetrate between the active material particles in order to impregnate the electrode, the penetration path extends to the inside of the electrode, thereby increasing the impregnation time. In addition, when the viscosity of the electrolyte solution is high, this tendency may worsen. In addition, when air is not exhausted when impregnated with the electrolyte and remains in the form of bubbles between the active material particles, a portion in which the electrolyte cannot penetrate may occur, which may cause a decrease in capacity.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 전극 활물질층의 표면에서 패턴의 면적은 50% 이하인 것이다. 전극 활물질층과 분리막을 적층하여 전극 조립체을 제조할 때, 패턴부는 분리막과 밀착되지 않으므로 만일 패턴부의 면적이 상기 범위를 과도하게 초과하는 경우에는 이온 전달 경로가 증가하여 전지 성능이 저하될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the area of the pattern on the surface of the electrode active material layer is 50% or less. When manufacturing an electrode assembly by stacking an electrode active material layer and a separator, the pattern part does not come into close contact with the separator, so if the area of the pattern part excessively exceeds the above range, an ion transfer path may increase and battery performance may deteriorate.
본원 발명에 있어서, 패턴부의 패턴은 전해액이 전극 내부로의 이동이 촉진될 수 있도록 하는 것이면 어느 패턴이나 가능하고 특별한 종류의 패턴으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 패턴은 스트라이프 (stripe) 패턴일 수 있다. 도 5를 참조하면, 전극을 롤 프레스로 압연하는 경우에는 상기 스트라이프 패턴은 롤 프레스 주행방향과 평행하도록 형성할 수 있다. In the present invention, the pattern of the pattern portion may be any pattern as long as it allows the electrolyte to move into the electrode to be accelerated, and is not limited to a special type of pattern. In a specific embodiment of the present invention, the pattern may be a stripe pattern. Referring to FIG. 5, in the case of rolling the electrode by a roll press, the stripe pattern may be formed to be parallel to the running direction of the roll press.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 스트라이프 패턴에서 고랑의 간격은 100㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 고랑의 간격이 좁아지는 경우에는 전극 압연시 롤과 직접 대면하는 비패턴부의 전극 표면이 부서질 수 있다. 한편, 고랑의 폭은, 전해액이 이동 가능한 수준이면 충분하며, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛으로 할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the spacing of the furrows in the stripe pattern is preferably 100 μm or more. If the gap between the furrows is narrower than the above range, the electrode surface of the non-patterned portion directly facing the roll during electrode rolling may be broken. On the other hand, the width of the furrow is sufficient as long as the electrolyte can move, and may be, for example, 0.1 µm to 10 µm.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 전극은 패턴부와 비패턴부의 기공도(걸리값)가 동일하거나 20% 이내 또는 10%이내인 것이다. 하나의 단일 전극에서 기공도가 큰 부분과 작은 부분이 존재하는 경우, 작은 부분에서는 전극 표면 층에서 내부로의 리튬 이온 확산이 어려워 표면에서만 과도한 반응이 일어나게 되고, 그 부분이 상대적으로 조기 퇴화되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 비패턴부와 패턴부의 기공도 차이가 적은 것이 바람직하며, 이는 후술된 전극 압연 단계에서 비패턴부와 패턴부의 기공도 차이가 바람직하게는 상기 범위 이내가 되도록 인가되는 압력을 조절하는 것이 바람직하다. In addition, in a specific embodiment of the present invention, the electrode has the same porosity (Gurley value) of the patterned portion and the non-patterned portion, or within 20% or within 10%. When a single electrode has a large portion and a small portion with a large porosity, it is difficult to diffuse lithium ions from the electrode surface layer to the inside in a small portion, so that excessive reaction occurs only on the surface, and the portion is relatively early deteriorated. May occur. Therefore, it is preferable that the difference in porosity of the non-pattern portion and the pattern portion is small, which is preferably adjusted to adjust the applied pressure so that the difference in porosity of the non-pattern portion and the pattern portion is preferably within the above range in the electrode rolling step described later. .
본 발명의 제2 측면은 본원 발명에 따른 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 방법은 오목 패턴 형성시 레이저 식각 방법이 적용되는 것을 특징으로 한다. A second aspect of the present invention relates to a method of manufacturing an electrode for an electrochemical device according to the present invention. In the present invention, the method is characterized in that the laser etching method is applied when forming the concave pattern.
도 4는 본원 발명의 일 실시양태에 따른 전극 제조 방법의 공정 흐름도이며, 도 5a 내지 도 5d는 제조 공정의 각 단계를 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하여 전극 제조 방법을 상세하게 설명한다. 4 is a process flow diagram of a method of manufacturing an electrode according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5A to 5D schematically show each step of the manufacturing process. With reference to this, the electrode manufacturing method will be described in detail.
우선, 전극 집전체를 준비한다(도 5a 참조). 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. First, an electrode current collector is prepared (see Fig. 5A). In a specific embodiment of the present invention, the current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or A surface-treated aluminum or stainless steel surface with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.
다음으로 상기 집전체의 적어도 표면에 전극 활물질층 형성용 슬러리를 도포한다(도 5b 참조). 상기 슬러리의 집전체의 일면 또는 양면에 실시할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 활물질 형성용 슬러리는 전극 활물질, 바인더, 도전재 등 전극 제조시 필요한 성분들을 분산매에 균일하게 분산시킨 분산 조성물인 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 슬러리의 도포는 슬롯 다이 코팅, 슬라이드 코팅, 커튼 코팅 등 다양한 방법을 이용하여 연속적으로 또는 비연속적으로 수행할 수 있다. Next, a slurry for forming an electrode active material layer is applied to at least the surface of the current collector (see FIG. 5B). It can be carried out on one side or both sides of the current collector of the slurry. In a specific embodiment of the present invention, the active material-forming slurry is a dispersion composition in which components necessary for manufacturing an electrode, such as an electrode active material, a binder, and a conductive material, are uniformly dispersed in a dispersion medium. In a specific embodiment of the present invention, the application of the slurry may be performed continuously or discontinuously using various methods such as slot die coating, slide coating, and curtain coating.
이후, 상기 슬러리를 건조하여 용매를 제거한다. 슬러리의 건조 온도는 특별히 한정되는 것은 아니나, 70℃ 내지 150℃인 것이다. Thereafter, the slurry is dried to remove the solvent. The drying temperature of the slurry is not particularly limited, but is 70°C to 150°C.
다음으로 건조가 완료된 전극 활물질층의 표면에 오목한 형태의 패턴부를 형성하며(도 5c), 상기 패턴부는 전술한 바와 같이 적어도 일측 단부가 전극 활물질층의 모서리까지 연장되는 고랑의 모양으로 형성될 수 있다. Next, a pattern portion in a concave shape is formed on the surface of the electrode active material layer that has been dried (FIG. 5C), and the pattern portion may be formed in the shape of a furrow extending at least one end to the edge of the electrode active material layer as described above. .
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 레이저 식각에 의해 수행되는 것이다. In a specific embodiment of the present invention, the pattern formation step is performed by laser etching.
전극 활물질층에 패턴을 형성할 때 전극 활물질층 패턴부에 대응되는 패턴을 갖는 압연 부재로 압연하는 방식(M1)을 적용하거나 패턴화 커터(PC)를 이용해서 슬러리의 일부를 제거하는 방식(M2)을 사용할 수 있다. 도 6a는 상기 M1 방식을 도식화하여 나타낸 것이다. 이에 따르면 압연 부재 표면의 돌출부에 의해 패턴이 형성되는 패턴부(A1)에는 비패턴부(A2)에 비해 높은 압력이 가하여지므로 패턴부의 기공도가 낮아져 전극 활물질층의 기공도 패턴이 불균일 하게 되고 전극 전체의 통기도 전하로 이어질 수 있다. 또한, 패턴부 부분으로 전해액이 유입되더라도 패턴부의 낮은 기공도에 의해 활물질층 내부, 즉, 활물질층의 입자 사이까지 전해액 함침이 촉진되지 않는다. 또한, 도 6b는 패턴화 커터를 이용하는 M2 방식에 의해 패턴을 형성하는 방법을 도시한 것이다. 이와 같은 패턴화 커터에 의해 슬러리의 일부를 제거하는 방식은 활물질이 과도하게 탈리되어 전극 용량 저하의 문제가 발생될 수 있으며, 정밀한 패턴을 형성하기 어렵다. When forming a pattern on the electrode active material layer, a method of rolling with a rolled member having a pattern corresponding to the pattern part of the electrode active material layer (M1) or removing a part of the slurry using a patterning cutter (PC) (M2) ) Can be used. 6A is a schematic diagram of the M1 method. According to this, a higher pressure is applied to the pattern portion (A1) where the pattern is formed by the protrusion on the surface of the rolling member, compared to the non-pattern portion (A2), so that the porosity of the pattern portion is lowered, resulting in a non-uniform porosity pattern of the electrode active material layer. Overall ventilation can also lead to electrical charges. Further, even if the electrolyte flows into the pattern portion, impregnation of the electrolyte into the active material layer, that is, between particles of the active material layer, is not promoted due to the low porosity of the pattern portion. Further, FIG. 6B shows a method of forming a pattern by the M2 method using a patterning cutter. In the method of removing a part of the slurry by such a patterning cutter, the active material may be excessively desorbed, resulting in a problem of deteriorating electrode capacity, and it is difficult to form a precise pattern.
반면, 본원 발명은 레이저 식각에 의해 패턴화 공정이 수행함으로써 소망하는 패턴을 정확하게 구현할 수 있으며, 정밀하고 정교한 패터닝이 가능하다. 또한, 레이저 식각은 특정 파장의 광선을 조사하여 좁은 영역에 에너지를 효과적으로 전달할 수 있기 때문에 전극 활물질층에 열적 손상을 일으키지 않는다. On the other hand, in the present invention, a desired pattern can be accurately implemented by performing a patterning process by laser etching, and precise and precise patterning is possible. In addition, laser etching does not cause thermal damage to the electrode active material layer because energy can be effectively transferred to a narrow area by irradiating light of a specific wavelength.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 레이저 식각은 IR 레이저, 엑시머 레이저, 야그 레이저, CO2 레이저 등을 사용할 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 패턴의 폭과 간격을 구현할 수 있는 것이면 종래 사용되는 다양한 레이저 식각 방법 중에서 적절하게 선택할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the laser etching may be performed using an IR laser, an excimer laser, a Yag laser, a CO 2 laser, etc. It can be appropriately selected from among various conventional laser etching methods.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 다르면 상기 레이저 식각에 의한 패터닝은 가스(Gas) 매질, 또는 솔리드-스테이트(Solid-state) 매질을 사용할 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the patterning by laser etching may use a gas medium or a solid-state medium.
상기 가스(Gas) 매질로는 He-Ne, CO2, Ar, 및 Excimer 레이저 중에서 선택하여 사용하며, 상기 솔리드-스테이트(Solid-state) 매질로는, Nd:YAG, Nd:YVO4, 및 Ytterbium fiber 중에서 선택하여 사용할 수 있다.The gas medium is selected from He-Ne, CO 2 , Ar, and Excimer laser, and the solid-state medium includes Nd:YAG, Nd:YVO4, and Ytterbium fiber. You can choose from among them.
레이저 식각에서 레이저 빔의 파장이나 출력을 조절하여 패턴부의 선폭을 조절할 수 있다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 레이저 빔 파장은 300~2000nm이고, 상기 레이저 빔의 파장은 파장은 1.06um, 532nm, 355nm, 266nm, 248nm 등의 파장을 선택하여 사용 할 수 있다. 또한, 레이저 빔의 주파수를 100~1000 kHz로 조절하여 소프트 식각을 수행할 수 있다. In laser etching, the line width of the pattern part can be adjusted by adjusting the wavelength or output of the laser beam. In a specific embodiment of the present invention, the laser beam wavelength is 300 ~ 2000nm, the wavelength of the laser beam can be used by selecting a wavelength of 1.06um, 532nm, 355nm, 266nm, 248nm. In addition, soft etching may be performed by adjusting the frequency of the laser beam to 100 to 1000 kHz.
다음으로 오목 패턴이 형성된 전극 활물질층을 압연한다(S4). 통상적으로 전극의 제조 공정은 전극 집전체에 활물질을 코팅한 후 활물질의 용량 밀도를 높이고 전극 집전체와 활물질 코팅층의 접착력을 높이기 위해 전극을 압축시키는 압연 공정을 수행한다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 압연 공정은 압연 부재를 사용하여 수행되며 상기 압연 부재는 압연 롤러 또는 압연 지그일 수 있다. 이때 전술한 바와 같이 비패턴부와 패턴부의 기공도가 20% 이내가 되도록 압력을 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 압연시 인가 압력은 0.1 내지 90 MPa, 또는 0.1 내지 50MPa, 또는 0.1 내지 30MPa 또는 0.1 내지 10MPa (선압으로 환산시 0.5 내지 1.5ton)의 범위에서 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 압연은 롤프레스로 수행될 수 있으며, 이때 롤프레스의 속도는 20~60m/min인 것이다. Next, the electrode active material layer on which the concave pattern is formed is rolled (S4). In general, the electrode manufacturing process performs a rolling process of compressing the electrode in order to increase the capacity density of the active material after coating the active material on the electrode current collector and increase adhesion between the electrode current collector and the active material coating layer. In a specific embodiment of the present invention, the rolling process is performed using a rolling member, and the rolling member may be a rolling roller or a rolling jig. At this time, it is preferable to appropriately adjust the pressure so that the porosity of the non-patterned portion and the patterned portion is within 20% as described above. According to a specific embodiment of the present invention, the applied pressure during the rolling may be appropriately adjusted in the range of 0.1 to 90 MPa, or 0.1 to 50 MPa, or 0.1 to 30 MPa or 0.1 to 10 MPa (0.5 to 1.5 tons in terms of linear pressure). I can. In addition, in a specific embodiment of the present invention, the rolling may be performed by a roll press, at which time the speed of the roll press is 20 to 60 m/min.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 롤러 또는 지그는 표면에 요철이 형성된 패턴이 부가되며, 상기 패턴은 전극 활물질층에 형성된 패턴과 정합될 수 있다. 상기 압연 부재에 형성된 패턴은 전극 활물질층에 형성된 패턴과 정합되므로 전극 활물질층 표면에서 패턴부와 비패턴부에 균일한 압력이 가하여 질 수 있다. 이러한 방식으로 패턴부와 비패턴부에 균일한 압력을 가함으로써 전극 활물질층은 전면에 걸쳐 고른 기공도 분포를 나타낼 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, a pattern having irregularities formed on the surface of the roller or jig is added, and the pattern may be matched with the pattern formed on the electrode active material layer. Since the pattern formed on the rolled member is matched with the pattern formed on the electrode active material layer, a uniform pressure may be applied to the pattern portion and the non-pattern portion on the surface of the electrode active material layer. By applying a uniform pressure to the pattern portion and the non-pattern portion in this manner, the electrode active material layer can exhibit even porosity distribution over the entire surface.
본 발명의 제3 측면은 전기화학 소자용 전극 조립체에 대한 것이다. 상기 전극 조립체는 반대되는 극성을 갖는 전극(들)이 분리막을 개재하여 적층된 것으로서, 전술한 특징을 갖는 본 발명에 따른 전극을 하나 이상 포함할 수 있다. 도 7은 본 발명에 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체를 도식화 하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 전극 활물질층에 고랑 형상의 오목 패턴이 형성되어 있어 분리막은 전극의 비패턴부와 밀착되고 패턴부와는 밀착되지 않는다. 따라서, 상기 외부로 개방된 패턴부를 통해 전해액 이동이 촉진되어 전극 조립체의 전해액 함침 효율이 향상되는 효과가 있다. A third aspect of the present invention relates to an electrode assembly for an electrochemical device. The electrode assembly is stacked with electrode(s) having opposite polarities through a separator, and may include one or more electrodes according to the present invention having the above-described characteristics. 7 is a schematic diagram of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to this, since a groove-shaped concave pattern is formed in the electrode active material layer, the separator is in close contact with the non-patterned portion of the electrode and not with the patterned portion. Accordingly, there is an effect of improving electrolyte impregnation efficiency of the electrode assembly by promoting electrolyte movement through the pattern portion opened to the outside.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체를 전극 제조에 적용하는 경우 전해액 함침 효율을 극대화하기 위해, 전해액 주액시 8에 도시한 바와 같이, 전해액 주액 방향(c)과 패턴의 개방부가 일치하도록 하는 것이 바람직하다. In addition, in order to maximize the electrolyte impregnation efficiency when the electrode assembly according to the present invention is applied to electrode manufacturing, it is preferable that the electrolyte injection direction (c) coincides with the opening portion of the pattern as shown in 8 when injecting the electrolyte. .
마지막으로 본 발명의 제4 측면은 본 발명에 따른 전극 조립체를 제조하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 반대 전극 사이에 분리막이 개재되도록 전극과 분리막을 적층하여 적층체를 제조하고, 상기 적층체가 한 쌍의 라미네이션 롤 사이를 통과하도록 하여 압연 공정을 수행한다. 이때 전극 조립체에 포함되는 적어도 하나의 전극은 본원 발명에 따른 것으로서, 전극 활물질층의 표면에 패턴부가 형성된 것이다. 또한, 상기 라미네이션 롤의 표면은 전극 활물질층의 패턴부에 대응되는 패턴이 형성되어 압연시 분리막의 표면과 전극의 비패턴부만이 밀착되도록 한다. Finally, a fourth aspect of the present invention relates to a method of manufacturing an electrode assembly according to the present invention. In a method for manufacturing an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention, an electrode and a separator are stacked so that a separator is interposed between opposite electrodes to produce a laminate, and the laminate passes between a pair of lamination rolls to perform a rolling process. Perform. At this time, at least one electrode included in the electrode assembly is according to the present invention, and a pattern portion is formed on the surface of the electrode active material layer. In addition, a pattern corresponding to the pattern portion of the electrode active material layer is formed on the surface of the lamination roll so that only the surface of the separator and the non-pattern portion of the electrode are in close contact with each other during rolling.
도 9는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법을 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 패턴부가 구비된 두 전극 사이에 분리막이 개재되어 적층체가 형성되고, 상기 적층체가 한 쌍의 라미네이션 롤을 통과하면서 압연되어 전극 조립체가 형성된다. 9 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode assembly according to the present invention. Referring to this, a separator is interposed between two electrodes provided with a pattern part to form a laminate, and the laminate is rolled while passing through a pair of lamination rolls to form an electrode assembly.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 라미네이션 롤의 표면에는 전극의 패턴부와 대응되는 패턴이 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써 압연시 전극의 비패턴부만 가압되고 비패턴부만 분리막과 밀착되도록 할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, a pattern corresponding to the pattern portion of the electrode may be formed on the surface of the lamination roll. By doing this, only the non-patterned portion of the electrode is pressed during rolling, and only the non-patterned portion is in close contact with the separator.
본원 발명에 있어서, 상기 바인더는 열가소성 수지, 열경화성 수지 중 어느 하나를 사용하더라도 좋으며, 이들을 조합하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서는 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)이 바람직하다.In the present invention, the binder may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin, or may be used in combination. Among these, polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferable.
상기 도전재는 구성된 전지 내에서 화학변화를 일으키지 않는 전자전도성 재료이면 무엇이든지 사용 가능하다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 파네스블랙, 서멀블랙 등의 카본블랙; 천연흑연, 인조흑연, 도전성 탄소 섬유 등을 사용할 수 있으며, 특히 카본블랙, 흑연 분말, 탄소 섬유가 바람직하다.The conductive material may be any electronically conductive material that does not cause chemical changes in the configured battery. Carbon black, such as acetylene black, Ketjen black, Parnes black, and thermal black, for example; Natural graphite, artificial graphite, conductive carbon fiber, etc. can be used, and carbon black, graphite powder, and carbon fiber are particularly preferred.
또한, 상기 분산매로는 이소프로필 알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등이 사용 가능하다. In addition, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, and the like may be used as the dispersion medium.
본원 발명에 있어서, 상기 분리막은 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. In the present invention, the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 µm, and the thickness is generally 5 to 300 µm. Examples of such separation membranes include olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 음극 활물질은 탄소재를 포함한다. 상기 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화 탄소 (soft carbon) 및 경화 탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 인조 흑연, 키시 흑연 (kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소 섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정 피치 (mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성 탄소가 대표적이다. In a specific embodiment of the present invention, the negative active material includes a carbon material. Both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used as the carbon material. Typical low crystalline carbons include soft carbon and hard carbon, and high crystalline carbons include natural graphite, artificial graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystal pitch. High-temperature calcined carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches, and petroleum or coal tar pitch derived cokes are typical.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 양극은 리튬 함유 전이금속 산화물이 포함될 수 있다. 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnC)O2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 - yCoyO2, LiCo1-yMnyO2, LiNi1 - yMnyO2 (O=y=1), Li(NiaMnbCoc)O4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2 - zCozO4 (O<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 산화물 외에 황화물 (sulfide), 셀렌화물 (selenide) 및 할로겐화물 (halide) 등도 사용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the positive electrode may include a lithium-containing transition metal oxide. The lithium-containing transition metal oxide is, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li(Ni a Co b Mn C )O 2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi 1 - y Co y O 2 , LiCo 1-y Mn y O 2 , LiNi 1 - y Mn y O 2 (O=y=1), Li(Ni a Mn b Co c )O 4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2 - z Co z O 4 Any one selected from the group consisting of (O<z<2), LiCoPO 4 and LiFePO 4 , or a mixture of two or more of them may be used. In addition, in addition to these oxides, sulfide, selenide, and halide may also be used.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 전극 및/또는 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자를 제공한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 전기화학소자는 바람직하게는 리튬 이차 전지인 것이다. In addition, the present invention provides an electrochemical device including an electrode and/or an electrode assembly according to the present invention. In a specific embodiment of the present invention, the electrochemical device is preferably a lithium secondary battery.
한편, 본 발명에 있어서 상기 전극 및/또는 전극 조립체에 대한 설명 중 본 명세서에 기술되지 않은 내용에 대해서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용하는 통상의 소재나 방식이 적용될 수 있다. Meanwhile, in the description of the electrode and/or electrode assembly in the present invention, a conventional material or method used in the technical field to which the present invention pertains may be applied to contents not described in the present specification.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to illustrate the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.
실시예Example
제조예Manufacturing example 1 One
LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 카본 블랙을 96:2:2의 중량비로 N-메틸피롤리돈과 혼합하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 60㎛의 두께로 알루미늄 박막에 코팅하여 얇은 극판 형태로 만든 후 135 ℃에서 3시간 이상 건조시켰다. LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2 , polyvinylidene fluoride and carbon black were mixed with N-methylpyrrolidone in a weight ratio of 96:2:2 to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was coated on an aluminum thin film to a thickness of 60 μm to form a thin electrode plate and then dried at 135° C. for 3 hours or more.
제조예Manufacturing example 2 2
인조 흑연, Super-P, CMC, SBR을 95.8:1:1.2:2의 중량비로 N-메틸피롤리돈과 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 다음으로 상기 음극 슬러리를 14㎛의 두께로 구리 호일(Cu-foil) 위에 코팅하여 얇은 극판의 형태로 만든 후 135 ℃에서 3시간 이상 건조시켰다. Artificial graphite, Super-P, CMC, and SBR were mixed with N-methylpyrrolidone in a weight ratio of 95.8:1:1.2:2 to prepare a negative electrode slurry. Next, the negative electrode slurry was coated on a copper foil with a thickness of 14 μm to form a thin electrode plate and dried at 135° C. for 3 hours or more.
실시예Example
상기 제조예 1에서 제조된 전극 표면을 각각 레이저 식각하였다. IR 레이저(출력 최대 20W, 속도 최대 2500mm/s) 를 사용하였으며, 레이저 식각 조건은 하기 표 1과 같다. 전극 표면 식각 후 롤프레스로 압연하여 전극을 제조하였다. 압연 조건은 50m/min, 10 MPa 였다. 또한 식각된 전극의 표면은 도 10a 내지 도 10d 에 도시하였다. The electrode surfaces prepared in Preparation Example 1 were each laser etched. An IR laser (output up to 20W, speed up to 2500mm/s) was used, and laser etching conditions are shown in Table 1 below. After the electrode surface was etched, the electrode was manufactured by rolling with a roll press. The rolling conditions were 50 m/min and 10 MPa. In addition, the surface of the etched electrode is illustrated in FIGS. 10A to 10D.
실시예Example 5: 5: 식각Etching 속도에 다른 실험 결과 Different experimental results on speed
제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 전극에 대해 속도를 달리하여 레이저 식각을 수행하였으며, 그 결과를 도 11에 도시하였다. 참고적으로 도 11에 도시된 각 양극과 음극의 도면은 레이저 식각이 수행된 전극의 이면이다. 이에 따르면 제조예 1에서 제조된 양극의 경우 20W 조건에서 110mm/s까지 식각에 의해 고랑이 잘 형성되었으나, 110mm/s을 초과하는 경우(실험에 따르면 120mm/s 이상인 경우)에는 동일 지점에 레이저 조사 시간이 증가하여 식각이 과도하게 진행되어 전극이 절단되는 결과를 얻었다. Laser etching was performed on the electrodes prepared in Preparation Example 1 and Preparation Example 2 at different speeds, and the results are shown in FIG. 11. For reference, the drawings of each anode and cathode shown in FIG. 11 are rear surfaces of the electrode on which laser etching has been performed. According to this, in the case of the anode manufactured in Preparation Example 1, furrows were well formed by etching up to 110 mm/s under 20W condition, but when it exceeds 110 mm/s (in the case of 120 mm/s or more according to the experiment), laser irradiation at the same point As the time increased, etching proceeded excessively, resulting in cutting of the electrode.
또한, 음극의 경우 20W 조건에서 90mm/s까지 식각에 의해 고랑이 잘 형성되었으나, 1000mm/s을 초과하는 경우(실험에 따르면 170mm/s 이상인 경우)에는 전술한 것과 동일한 이유로 전극이 절단되었다. 이와 같이 레이저 식각 조건은 전극의 종류, 전극에 포함되는 활물질의 종류, 레이저 출력 등 제반 조건을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있다. In addition, in the case of the cathode, furrows were well formed by etching up to 90 mm/s under the condition of 20 W, but when exceeding 1000 mm/s (in the case of 170 mm/s or more according to the experiment), the electrode was cut for the same reason as described above. As such, the laser etching condition may be selected in an appropriate range in consideration of various conditions such as the type of electrode, the type of active material included in the electrode, and laser output.
실시예Example 6: 6: 식각Etching 형태에 다른 실험 결과 Experimental results different in shape
제조예 1의 전극에 대해 20W, 160mm/s으로 일정 면적을 갖는 사각형의 패턴을 형성하였다. 도 12b는 도 12a의 A 부분을 확대한 것으로서, 패턴부와 비패턴부가 명확한 경계를 형성한 것을 확인하였다. For the electrode of Preparation Example 1, a square pattern having a predetermined area at 20 W and 160 mm/s was formed. 12B is an enlarged view of portion A of FIG. 12A, and it was confirmed that the pattern portion and the non-pattern portion formed a clear boundary.
Claims (12)
상기 전극은 전극 집전체; 및
상기 전극 집전체의 적어도 일측면상에 형성된 전극 활물질층을 포함하며,
상기 전극 활물질층은 표면에 오목한 형태의 패턴이 형성된 패턴부 및 상기 패턴이 형성되지 않은 비패턴부를 포함하고,
상기 방법은,
(S1) 전극 집전체의 적어도 일측 표면에 전극 활물질 형성용 슬러리를 도포하는 단계;
(S2) 상기 슬러리를 건조하는 단계;
(S3) 상기 건조된 슬러리의 표면에 오목한 형태의 패턴을 갖는 패턴부를 형성하는 단계; 및
(S4) 상기 패턴부가 형성된 전극 활물질층을 압연하는 단계;를 포함하며,
상기 (S3)은 레이저 식각의 방법으로 수행되는 것이며,
상기 압연은 상기 패턴부와 비패턴부는 기공도의 차이가 20% 이내가 되도록 하는 것인, 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법.
It is a method of manufacturing an electrode for an electrochemical device,
The electrode is an electrode current collector; And
And an electrode active material layer formed on at least one side of the electrode current collector,
The electrode active material layer includes a pattern portion in which a concave pattern is formed on a surface and a non-pattern portion in which the pattern is not formed,
The above method,
(S1) applying a slurry for forming an electrode active material on at least one surface of the electrode current collector;
(S2) drying the slurry;
(S3) forming a pattern portion having a concave pattern on the surface of the dried slurry; And
(S4) rolling the electrode active material layer on which the pattern portion is formed; includes,
The (S3) is performed by a method of laser etching,
The rolling is to make the difference between the porosity of the pattern portion and the non-pattern portion within 20%, the method of manufacturing an electrode for an electrochemical device.
상기 패턴부는 고랑(furrow)의 형태의 패턴을 포함하며, 상기 고랑(furrow)이 전극 활물질층 표면에 하나 이상 형성되고 상기 고랑(furrow)은 적어도 일측 단부가 전극 활물질층의 가장자리까지 연결된 것인 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법.
The method of claim 1,
The pattern portion includes a pattern in the form of a furrow, wherein at least one furrow is formed on the surface of the electrode active material layer, and the furrow has at least one end connected to the edge of the electrode active material layer. A method of manufacturing an electrode for a chemical device.
전극 활물질층 표면에 형성된 어느 하나의 고랑은 다른 고랑과 교차하거나 교차하지 않는 것인 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법.
The method of claim 2,
Any one furrow formed on the surface of the electrode active material layer crosses or does not cross the other furrow.
전극 활물질층의 표면적 100% 대비 상기 패턴부의 면적은 1% 내지 10%인 것인 전기화학소자용 전극을 제조하는 방법. The method of claim 1,
A method of manufacturing an electrode for an electrochemical device, wherein the area of the pattern portion is 1% to 10% relative to 100% of the surface area of the electrode active material layer.
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