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KR20180061672A - Electrode for electrochemical device and method for manufacturing the same - Google Patents

Electrode for electrochemical device and method for manufacturing the same Download PDF

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KR20180061672A
KR20180061672A KR1020160161103A KR20160161103A KR20180061672A KR 20180061672 A KR20180061672 A KR 20180061672A KR 1020160161103 A KR1020160161103 A KR 1020160161103A KR 20160161103 A KR20160161103 A KR 20160161103A KR 20180061672 A KR20180061672 A KR 20180061672A
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KR
South Korea
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electrode
active material
electrode active
current collector
material layer
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KR1020160161103A
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Korean (ko)
Inventor
이문배
허진우
임창건
조진익
김성각
Original Assignee
삼신디바이스 주식회사
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Publication date
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    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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Abstract

The present invention relates to an electrode for an electrochemical device and a method for manufacturing the same. The present invention provides the electrode for an electrochemical device, which comprises: a metal current collector; and an electrode active material layer formed on one surface or both surfaces of the metal current collector, wherein the electrode active material layer is immersed in a deposition solution containing phenol resin and a solvent and thus, coated with the phenol resin. In addition, the present invention provides a method for manufacturing the electrode, the method comprising: a first step of preparing a metal current collector and an electrode having the electrode active material layer formed on the one or both surfaces of the metal current collector; a second step of acquiring a deposition solution containing phenol resin and a solvent; and a third step of immersing the electrode in the plating solvent to coat the electrode. According to the present invention, it is possible to prevent damages to the electrode caused by volume expansion and to reduce internal resistance, and thus, the electrode has superior electrical properties while the electrode is able to secure reliability and longevity for a relatively long time.

Description

전기화학 디바이스용 전극 및 그 제조방법 {ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 전기화학 디바이스용 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페놀수지의 침적 코팅을 통해 부피팽창에 따른 전극의 손상을 방지하고 내부저항을 감소시켜 우수한 전기적 특성을 가지면서 충방전에 따른 장기 신뢰성(장수명 특성)을 확보할 수 있는 전기화학 디바이스용 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode for an electrochemical device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an electrode for an electrochemical device, and more particularly to an electrode for an electrochemical device, (Long-life property) according to the present invention, and a method for manufacturing the same.

충방전을 통해 에너지를 저장, 방출하는 전기화학 디바이스는 여러 기술분야에 널리 사용된다. 예를 들어, 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor)는 고출력 및 장수명 특성을 가져 고출력 에너지 저장장치로서 유용하게 적용되고 있다. 그러나 전기이중층 커패시터(EDLC)는 일반적인 다른 2차 전지, 특히 리튬이온 이차전지에 비해 에너지 밀도가 매우 낮아 그 적용분야에 제한적이었다. 이러한 단점을 보완한 것으로서, 최근에는 전기이중층 커패시터(EDLC)의 고출력 및 장수명 특성과 리튬이온 이차전지의 고에너지 밀도 특성을 동시에 충족시킨 리튬이온 커패시터(LiC ; Lithium Ion Capacitor)가 개발되어 각광을 받고 있으며, 그 적용분야가 한층 확대되어 시장에서의 수요가 비약적으로 증가하는 추세에 있다. Electrochemical devices that store and discharge energy through charge and discharge are widely used in many technical fields. For example, electric double layer capacitors (EDLC) have high output and long life characteristics and are thus usefully applied as high output energy storage devices. However, electric double layer capacitors (EDLC) have a limited energy density, which is limited to other secondary batteries, especially lithium ion secondary batteries. Recently, a lithium ion capacitor (LiC), which satisfies the high output and long life characteristics of an electric double layer capacitor (EDLC) and a high energy density characteristic of a lithium ion secondary battery, has been developed and received a spotlight And the application field is further expanded, and the demand in the market is increasing rapidly.

리튬이온 커패시터(LiC)는 전기이중층 커패시터(EDLC)에서의 표면 물리 흡착반응과 리튬이온 이차전지에서의 리튬 이온의 삽입, 탈리에 의한 에너지 저장의 두가지 반응을 하이브리드화 한 것으로서, 이는 기존 전기이중층 커패시터(EDLC)의 대칭적인 구조와는 달리 비대칭적인 전극 구조를 가지며, 전기이중층 커패시터(EDLC)의 두배 이상, 많게는 약 4배의 고에너지 밀도를 갖는다. The lithium ion capacitor (LiC) hybridizes two reactions of surface physical adsorption reaction in an electric double layer capacitor (EDLC) and energy storage by inserting and desorbing lithium ions in a lithium ion secondary battery. This is a conventional hybrid electric double layer capacitor (EDLC) has an asymmetric electrode structure and has a high energy density of more than twice that of electric double layer capacitors (EDLC), and about four times more.

리튬이온 커패시터(LiC)는 전기이중층 커패시터(EDLC)와는 다르게 리튬이온 이차전지에서와 같이 리튬(Li) 공급원을 필요로 한다. 일반적으로, 리튬이온 이차전지의 경우에는 전극 자체가 리튬 산화물로 이루어져 리튬 공급원이 충분할 수 있으나, 리튬이온 커패시터(LiC)의 경우에는 양극이 활성탄 등과 같은 탄소재이므로 나머지 음극에는 리튬 공급원을 배치하여야 한다. 비록, 리튬염을 용해한 전해액을 사용하여 리튬원을 공급받고 있으나, 이에 의해서는 리튬이온 커패시터(LiC)의 높은 에너지 밀도를 구현하기 어렵다. Lithium ion capacitors (LiC) require a lithium (Li) source as in lithium ion secondary batteries, unlike electric double layer capacitors (EDLC). Generally, in the case of a lithium ion secondary battery, the electrode itself may be made of lithium oxide to provide a sufficient lithium source. However, in the case of a lithium ion capacitor (LiC), the anode is a carbonaceous material such as activated carbon. . Although a lithium source is supplied using an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved, it is difficult to realize a high energy density of a lithium ion capacitor (LiC).

이에 따라, 리튬이온 커패시터(LiC)는 별도의 리튬 공급원을 통하여 충방전에 따른 리튬이온의 이동을 통하여 에너지의 저장 및 방출을 구현하고 있다. 가장 많이 사용되는 방법은 리튬 금속박을 음극에 부착시켜 제품을 조립하기 전이나 조립한 후에 리튬을 미리 도핑시키는 것으로서, 이를 통상 「프리도핑(pre-doping)」이라 한다. 이와 같이, 프리도핑되는 경우, 리튬이온 커패시터(LiC)의 충방전 중 음극의 전위를 리튬 메탈의 전위와 같은 전위로 유지시켜 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 한국 등록특허공보 제10-1128654호, 한국 등록특허공보 제10-1179629호 및 한국 공개특허공보 제10-2015-0059726호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다. Accordingly, the lithium ion capacitor (LiC) is capable of storing and discharging energy through the movement of lithium ions through charge and discharge through a separate lithium source. The most commonly used method is to pre-dope lithium before or after assembling the product by attaching a lithium metal foil to the cathode, and this is commonly referred to as " pre-doping. &Quot; In this way, when pre-doped, a high energy density can be obtained by maintaining the potential of the cathode at the same potential as the potential of the lithium metal during charging / discharging of the lithium ion capacitor (LiC). For example, Korean Patent Registration No. 10-1128654, Korean Patent Registration No. 10-1179629, and Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0059726 disclose techniques related to the above.

또한, 리튬을 이용한 전기화학 디바이스, 예를 들어 위와 같은 리튬이온 커패시터(LiC)나 리튬이온 이차전지 등의 전기화학 디바이스는 전기적 특성을 결정하는 데에 있어 음극이 매우 중요하다. 특히, 음극에서는 리튬이온의 삽입 및 탈리 과정의 반복에 의하여 에너지를 저장, 방출하는 과정이 연속적으로 이루어지고 있다. 이때, 리튬이온의 삽입 및 탈리 과정에서 음극의 부피변화(부피팽창)는 필수적이며, 이는 전극에 상당한 스트레스 및 압력을 가하게 되어 전극의 손상(열화나 파괴 등)을 가져오게 된다. 이러한 부피변화는 사용되는 리튬이온의 양이 증가함에 따라, 즉 출력의 크기가 커짐에 따라 그 변화의 폭은 더 크다. 일반적으로, 고출력으로 사용되는 리튬이온 커패시터(LiC)의 경우, 최대방전 출력이 500 C-Rate 이상의 고출력을 가지며, 이 경우 음극에서 발생되는 부피변화는 매우 심하며 지속적인 충방전에 의해 전극 구조의 파괴가 발생되어 궁극적으로는 에너지저장소자로서의 기능을 발휘하지 못하게 된다. Further, in an electrochemical device using lithium, for example, an electrochemical device such as a lithium ion capacitor (LiC) or a lithium ion secondary battery, a negative electrode is very important in determining electrical characteristics. Particularly, in the negative electrode, a process of storing and releasing energy by repeating insertion and desorption processes of lithium ions is continuously performed. In this case, the volume change (volume expansion) of the negative electrode is essential in the process of inserting and removing lithium ions, which causes considerable stress and pressure on the electrode, thereby causing damage (deterioration or destruction) of the electrode. This volume change is larger as the amount of lithium ions used increases, that is, as the magnitude of the output increases. Generally, in the case of a high-output lithium-ion capacitor (LiC), the maximum discharge output has a high output power of 500 C-Rate or higher. In this case, the volume change occurring in the cathode is very severe. And ultimately can not function as an energy storage element.

이에, 위와 같은 음극의 부피변화를 방지하기 위한 기술이 적용되고 있으며, 리튬이온 이차전지의 경우에는 대부분 혼합 전극의 사용을 통해 부피변화를 방지하고 있다. 예를 들어, 한국 공개특허 제10-2013-0134241호, 한국 공개특허 제10-2015-0039555호, 및 일본 공개특허 특개2011-90869호 등에는 음극 활물질로서 탄소재료와 SiOx을 혼합하여 음극을 제조하는 기술이 제시되어 있다. Therefore, techniques for preventing the change in the volume of the negative electrode are applied, and in the case of the lithium ion secondary battery, the volume change is prevented by using the mixed electrode in most cases. For example, Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2013-0134241, 10-2015-0039555, and Japanese Laid-Open Patent Application No. 2011-90869 disclose a method of manufacturing a negative electrode by mixing a carbon material and SiOx as an anode active material, Technology is presented.

리튬이온 커패시터(LiC)의 경우에는 음극의 제조시 전극 밀도를 낮추어 전극 내부에 일정한 공간의 여유를 설정하는 방법과 리튬이온 이차전지와 같은 혼합 전극을 사용하여 부피변화를 억제하는 방안이 시도되고 있다. 그러나 전극 밀도를 낮추는 경우 에너지 밀도의 감소를 초래하게 되어, 리튬이온 커패시터(LiC)의 주요 특징이라 할 수 있는 고출력 특성이 떨어진다. 또한, 리튬이온 이차전지에서와 같은 혼합 전극을 사용하는 경우, 음극 활물질의 자체 고유저항의 증가에 의해 고출력으로서의 성능을 발현하지 못하게 된다. 아울러, 이 경우에는 서로 다른 전극재의 혼합에 따른 정전용량의 감소가 발생되고, 전극의 형성 과정에서도 공정상의 어려움을 가지게 된다. In the case of a lithium ion capacitor (LiC), there has been attempted to reduce the electrode density in manufacturing the negative electrode to set a certain space margin in the electrode and to suppress volume change using a mixed electrode such as a lithium ion secondary battery . However, when the electrode density is lowered, the energy density is decreased, and the high output characteristic, which is a main feature of the lithium ion capacitor (LiC), is degraded. Further, when a mixed electrode as in a lithium ion secondary battery is used, the performance as a high output can not be exhibited due to an increase in the inherent resistivity of the negative electrode active material. In addition, in this case, the electrostatic capacitance is reduced due to the mixing of different electrode materials, and the electrode is difficult to form in the process of forming the electrode.

무엇보다, 어떠한 경우라도 장기적인 충방전에 의해 지속적인 리튬이온의 삽입 및 탈리 과정이 이루어지게 되면, 사용기간에 따라 제품의 열화가 진행되어 장기적인 신뢰성 저하를 동반하게 되며, 이는 리튬이온 커패시터(LiC)의 큰 장점인 반영구적인 충방전 수명에도 좋지 않은 영향을 주게 된다. 일반적으로, 리튬이온 이차전지의 충방전 수명은 정상적인 충방전 활동에 있어서 약 1000회 정도로 추정하는 반면에 전기이중층 커패시터(EDLC)와 리튬이온 커패시터(LiC)의 충방전수명은 수십만 회 이상을 상회하므로 이러한 고유의 특징을 갖기 어렵다. 이에 따라, 리튬이온 커패시터(LiC)의 출력밀도는 일반적인 전기이중층 커패시터(EDLC)에 비해 그 강도가 현저히 떨어지게 되며 동일한 규격의 제품에 있어 내부저항의 크기가 기존의 전기이중층 커패시터(EDLC)에 비해 4배 정도로 크게 나타나고 있어, 최근 적용성의 한계가 나타나고 있다. In any case, if the lithium ion implantation and desorption process is continuously performed by long-term charge and discharge, degradation of the product progresses according to the use period, and the long-term reliability is accompanied with a decrease in the reliability of the lithium ion capacitor (LiC) It also has a negative effect on the semi-permanent charge / discharge life, which is a great advantage. Generally, the charge / discharge life of a lithium ion secondary battery is estimated to be about 1000 times in normal charge / discharge activities, whereas the charge / discharge life of an electric double layer capacitor (EDLC) and a lithium ion capacitor (LiC) exceeds several hundred thousand times It is difficult to have such unique characteristics. Accordingly, the output density of a lithium-ion capacitor (LiC) is significantly lower than that of a general electric double-layer capacitor (EDLC), and the internal resistance of the same standard product is less than that of a conventional electric double- , And the limit of applicability has appeared recently.

따라서, 리튬이온 커패시터(LiC)는 내부저항의 감소시킬 수 있는 음극의 보호기술이 매우 중요한 기술이며, 이를 통해 일반적인 전기이중층 커패시터(EDLC)의 수준에 필적할 정도의 수준으로 개선하여 충방전에 따른 장기 신뢰성(장수명 특성)을 갖게 하고, 또한 고유 특성이라 할 수 있는 고출력 특성을 유지할 수 있는 기술이 필요하다. Therefore, lithium-ion capacitor (LiC) is a very important technology that can reduce the internal resistance of the cathode, which can be improved to a level comparable to that of general electric double layer capacitors (EDLC) There is a need for a technique capable of maintaining long-term reliability (long-life characteristics) and maintaining high output characteristics, which can be called intrinsic characteristics.

한국 등록특허공보 제10-1128654호Korean Patent Registration No. 10-1128654 한국 등록특허공보 제10-1179629호Korean Patent Registration No. 10-1179629 한국 공개특허공보 제10-2015-0059726호Korean Patent Publication No. 10-2015-0059726 한국 공개특허 제10-2013-0134241호Korean Patent Publication No. 10-2013-0134241 한국 공개특허 제10-2015-0039555호Korean Patent Publication No. 10-2015-0039555 일본 공개특허 특개2011-90869호Japanese Laid-Open Patent Application No. 2011-90869

이에, 본 발명은 부피팽창에 따른 전극의 손상을 방지하고 내부저항을 감소시켜 우수한 전기적 특성을 가지면서 반복적인 충방전에 따른 장기 신뢰성 및 장수명 특성을 확보할 수 있는 전기화학 디바이스용 전극 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electrode for electrochemical devices and an electrode for electrochemical devices capable of securing a long-term reliability and a long-life characteristic due to repetitive charging and discharging while preventing damage to electrodes due to volume expansion and reducing internal resistance, There is a purpose in providing a method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

금속 집전체와, 상기 금속 집전체의 한면 또는 양면에 형성된 전극 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 제1공정; A first step of preparing an electrode including a metal current collector and an electrode active material layer formed on one or both surfaces of the metal current collector;

페놀수지와 용매를 포함하는 침적액을 얻는 제2공정; 및 A second step of obtaining a deposit liquid containing a phenol resin and a solvent; And

상기 전극을 상기 침적액에 침적, 코팅하는 제3공정을 포함하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법을 제공한다. And a third step of immersing and coating the electrode on the immersion liquid.

바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 침적액은 2중량% 내지 25중량%의 페놀수지를 포함한다. 또한, 상기 제3공정은 전극을 지지체에 고정한 전극체를 얻는 단계와, 상기 전극체를 침적액에 침적, 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. According to a preferred embodiment, the immersion liquid comprises from 2% to 25% by weight of phenolic resin. In addition, the third step may include a step of obtaining an electrode body having an electrode fixed to a support, and a step of immersing and coating the electrode body with the immersion liquid.

또한, 본 발명은 금속 집전체와, 상기 금속 집전체의 한면 또는 양면에 형성된 전극 활물질층을 포함하고, 상기 전극 활물질층은 페놀수지와 용매를 포함하는 침적액에 침적되어 페놀수지가 코팅된 전기화학 디바이스용 전극을 제공한다. The electrode active material layer is formed on one side or both sides of the metal current collector. The electrode active material layer is immersed in a plating solution containing a phenol resin and a solvent, An electrode for a chemical device is provided.

본 발명에 따르면, 침적을 통한 페놀수지의 코팅에 의해, 부피팽창에 따른 전극의 손상이 방지되고 내부저항이 감소되어 우수한 전기적 특성을 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 우수한 장기 신뢰성 및 장수명 특성 등을 갖는다. According to the present invention, by coating the phenolic resin through the deposition, damage of the electrode due to the volume expansion is prevented, and the internal resistance is reduced, thereby having excellent electrical characteristics. Further, according to the present invention, it has excellent long-term reliability and long-life characteristics.

도 1은 전기화학 디바이스로서 리튬이온 커패시터의 일례를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 탄소판에 음극 시트가 부착된 모습을 보인 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전극체를 침적용 수조에 투입하고 있는 모습을 보인 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 침적 코팅 후의 모습을 보인 전극의 사진이다.
1 is a cross-sectional view showing an example of a lithium ion capacitor as an electrochemical device.
2 is a photograph showing a state in which a negative electrode sheet is attached to a carbon plate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a photograph showing a state in which an electrode body is put into an acupuncture bath according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph of an electrode after deposition coating according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. 본 발명에서 "제1", "제2", "일측(일면)" 및 "타측(타면)" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. The term "and / or" used in the present invention is used to mean at least one of the constituents listed before and after. The term "one or more" as used in the present invention means one or more than two. In the present invention, terms such as "first", "second", "one side (one side)" and "other side (another side)" are used to distinguish one element from another, But is not limited by the terms.

앞서 언급한 바와 같이, 리튬을 이용하는 전기화학 디바이스는 충방전에 따른 리튬이온의 삽입 및 탈리에 의해 필수적으로 전극(음극)의 부피변화(부피팽창)이 발생된다. 이러한 부피변화는 전극의 손상(열화나 파괴 등)을 초래하여 전기적 특성을 저하시킨다. 이를 방지하기 위해, 종래에는 혼합 전극을 사용하거나 전극 밀도의 변화 등을 통해 리튬이온의 삽입 및 탈리시의 전극의 부피변화를 감소(방지)시키려 하고 있었다. 그러나 이러한 방법은, 전극의 내부저항 및 출력 특성 등이 저하되고, 전극의 제조공정도 복잡해진다. 또한, 전기화학 디바이스의 장기 신뢰성 등이 떨어진다. As described above, in the electrochemical device using lithium, volume change (volume expansion) of the electrode (negative electrode) is essentially caused by insertion and desorption of lithium ions due to charging and discharging. Such a change in volume causes damage (deterioration or destruction) of the electrode and deteriorates the electrical characteristics. In order to prevent this, conventionally, attempts have been made to reduce (prevent) the change in the volume of the electrode during the insertion and desorption of lithium ions through the use of a mixed electrode or a change in electrode density. However, such a method lowers the internal resistance and output characteristics of the electrode, and complicates the manufacturing process of the electrode. In addition, the long-term reliability of the electrochemical device deteriorates.

본 발명은 위와 같은 종래의 부피변화를 감소(방지)시키는 방식에서 탈피하여, 부피변화에 대한 대응력(회복)을 갖게 하는 새로운 방식을 적용하여, 리튬이온의 삽입 및 탈리에 의한 부피변화가 발생되더라도 전극의 손상(열화나 파괴 등)이 방지되고, 또한 내부저항 특성 및 출력 특성 등이 개선되어 장기 신뢰성을 갖게 할 수 있는 신규의 기술에 관한다. The present invention is based on the discovery that a new method of recovering from a reduction (prevention) of the above-described conventional volume change and having a corresponding response (recovery) to a volume change is applied so that even if a volume change due to insertion and desorption of lithium ions occurs The present invention relates to a novel technique capable of preventing damage (deterioration or destruction) of an electrode, improving internal resistance characteristics, output characteristics, and the like, thereby providing long-term reliability.

본 발명은 제1형태에 따라서, 신규의 기술이 도입된 전기화학 디바이스용 전극을 제공한다. 또한, 본 발명은 제2형태에 따라서, 신규의 기술이 도입된 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법을 제공한다. According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrode for an electrochemical device into which a new technique is introduced. According to a second aspect of the present invention, there is also provided a method of manufacturing an electrode for an electrochemical device into which a new technique is introduced.

본 발명에 따른 전기화학 디바이스용 전극은 금속 집전체와, 상기 금속 집전체의 표면에 형성된 전극 활물질층을 포함한다. 이때, 상기 전극 활물질층은 페놀수지와 용매를 포함하는 침적액에 침적되어 페놀수지가 코팅되어 있다. 본 발명에 따른 전기화학 디바이스용 전극(이하, "전극"으로 약칭한다)은, 바람직하게는 아래에서 설명되는 본 발명에 따른 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법(이하, "전극의 제조방법"으로 약칭한다)을 통해 제조될 수 있다. An electrode for an electrochemical device according to the present invention includes a metal current collector and an electrode active material layer formed on the surface of the metal current collector. At this time, the electrode active material layer is immersed in a plating solution containing a phenol resin and a solvent and coated with a phenol resin. An electrode for an electrochemical device (hereinafter abbreviated as "electrode") according to the present invention is preferably a method for producing an electrode for an electrochemical device according to the present invention Quot; abbreviated ").

본 발명에 따른 전극의 제조방법은, 전극을 준비하는 제1공정과, 페놀수지와 용매를 포함하는 침적액을 얻는 제2공정과, 상기 전극을 상기 침적액에 침적, 코팅하는 제3공정을 포함한다. 이하, 본 발명에 따른 전극 제조방법의 실시 형태를 설명하면서 본 발명에 따른 전극의 실시 형태를 함께 설명한다. A method of manufacturing an electrode according to the present invention includes a first step of preparing an electrode, a second step of obtaining a deposition solution containing a phenol resin and a solvent, and a third step of depositing and coating the electrode in the deposition solution . DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the electrode manufacturing method according to the present invention will be described, and embodiments of the electrode according to the present invention will be described together.

본 발명에서, 전기화학 디바이스는 에너지 저장장치로서, 이는 리튬을 이용하는 것이면 여기에 포함한다. 본 발명에서, 전기화학 디바이스는, 예를 들어 리튬이온 커패시터(LiC) 및 리튜이온 이차전지 등으로부터 선택되며, 이하에서는 리튬이온 커패시터(LiC)를 예로 들어 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 전극은, 위와 같은 전기화학 디바이스의 음극으로 적용되며, 경우에 따라서는 양극으로 적용될 수 있다. 이하에서는 음극으로 적용되는 경우를 예로 들어 설명한다. In the present invention, the electrochemical device is an energy storage device, as long as it uses lithium. In the present invention, the electrochemical device is selected from, for example, a lithium ion capacitor (LiC) and a rechargeable secondary battery, and the following description will be given taking a lithium ion capacitor (LiC) as an example. In addition, the electrode according to the present invention is applied to the cathode of the electrochemical device, and in some cases, it can be applied as a cathode. Hereinafter, a description will be made by taking the case where it is applied as a cathode.

[1] 전극의 준비(제1공정)[1] Preparation of Electrode (First Step)

먼저, 본 제1공정에 따라서 전극을 준비한다. 전극은, 예를 들어 통상적인 방법을 제조된 전극(음극)을 사용할 수 있다. 전극은 금속 집전체와, 상기 금속 집전체에 형성된 전극 활물질층을 포함한다. 상기 전극 활물질층은 금속 집전체의 한면에 형성되거나, 금속 집전체의 양면 모두에 형성될 수 있다. First, an electrode is prepared according to the first step. As the electrode, for example, an electrode (cathode) manufactured by a conventional method can be used. The electrode includes a metal current collector and an electrode active material layer formed on the metal current collector. The electrode active material layer may be formed on one side of the metal current collector or on both sides of the metal current collector.

상기 금속 집전체는 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 리튬(Li) 및/또는 이들의 합금 등으로부터 선택된 금속박을 사용할 수 있다. 금속 집전체는 다수의 펀칭홀(punching hole)을 포함하는 다공성의 펀칭 금속박으로부터 선택될 수 있다. 상기 펀칭홀은, 예를 들어 0.05mm ~ 0.5mm의 평균 직경을 가질 수 있다. 아울러, 상기 금속 집전체는, 예를 들어 10㎛ ~ 50㎛의 두께를 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어 20㎛ ~ 30㎛의 두께를 가질 수 있다. 금속 집전체는, 일례를 들어 0.1mm의 펀칭홀을 가지는 다공성의 구리 펀칭 메탈을 사용할 수 있다. The metal current collector is not particularly limited, and for example, a metal foil selected from copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), lithium (Li) and / or an alloy thereof may be used. The metal current collector may be selected from a porous punched metal foil including a plurality of punching holes. The punching hole may have an average diameter of, for example, 0.05 mm to 0.5 mm. In addition, the metal current collector may have a thickness of, for example, 10 μm to 50 μm, and may have a thickness of 20 μm to 30 μm, for example. As the metal current collector, for example, a porous copper punching metal having a punching hole of 0.1 mm can be used.

상기 전극 활물질층은 특별히 제한되지 않으며, 이는 통상과 같이 구성될 수 있다. 상기 전극 활물질층은 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 전극 활물질을 포함하되, 상기 전극 활물질은 탄소재료를 포함할 수 있다. 이때, 상기 탄소재료는, 예를 들어 흑연(인조 흑연 및/또는 천연 흑연), 흑연화 탄소섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유 코크스, 하드 카본, 소프트 카본, 탄소나노튜브 및/또는 그래핀 등으로 선택될 수 있다. 하나의 구현예에 따라서, 전극 활물질층은 전극 활물질로서 흑연 및/또는 폴리아센(폴리아센세미콘덕터) 등의 탄소재료를 포함할 수 있다. The electrode active material layer is not particularly limited and may be configured as usual. The electrode active material layer may include an electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the electrode active material may include a carbon material. The carbon material may be, for example, graphite (artificial graphite and / or natural graphite), graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, hard carbon, soft carbon, carbon nanotube and / And the like. According to one embodiment, the electrode active material layer may include a carbon material such as graphite and / or polyacene (polyacene semiconductors) as an electrode active material.

상기 전극 활물질층은, 구체적으로 전극 활물질(탄소재료), 바인더 및 도전재를 포함하는 전극 활물질 조성물(페이스트 또는 슬러리)이 금속 집전체의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 바인더 및 도전재는 특별히 제한되지 않으며, 이는 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 바인더는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE ; Poly Tetrafluoro Ethylene), 스티렌-부타디엔 고부(SBR ; Styrene-utadiene Rubber), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF : Poly Vinylidene Fluoride), 및/또는 이들의 공중합체 등으로부터 선택될 수 있다. 도전재는, 예를 들어 케첸블랙, 덴카블랙, 카본블랙, 아세틸렌 블랙 및/또는 금속분말 등으로부터 선택될 수 있다. The electrode active material layer may be formed by coating an electrode active material composition (paste or slurry) including an electrode active material (carbon material), a binder and a conductive material on the surface of the metal current collector. The binder and the conductive material are not particularly limited and may be selected from conventionally used ones. The binder may be, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), and / Copolymers and the like. The conductive material may be selected from, for example, Ketchen black, Denka black, carbon black, acetylene black and / or metal powder and the like.

[2] 침적액 제조(제2공정)[2] Dipping solution preparation (second step)

본 제2공정에 따라서 페놀수지와 용매를 포함하는 침적액을 얻는다. 상기 용매는 페놀수지를 용해시킬 수 있는 것이면 좋다. 용매는, 탄화수소계 유기용제로부터 선택될 수 있으며, 예를 들어 알콜류 및/또는 케톤류 등으로부터 선택될 수 있다. 용매는, 구체적인 예를 들어 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및/또는 메틸에틸케톤 등으로부터 선택될 수 있다. According to the second step, a deposition liquid containing a phenol resin and a solvent is obtained. The solvent may be any one capable of dissolving the phenolic resin. The solvent may be selected from hydrocarbon-based organic solvents, and may be selected from, for example, alcohols and / or ketones. Specific examples of the solvent may be selected from methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and / or methyl ethyl ketone and the like.

상기 침적액에 전극을 침적하여 코팅한다. 이러한 침적 코팅에 의해, 전극에는 페놀수지가 코팅된다. 이때, 페놀수지는 전극의 전극 활물질층에 코팅, 분산되어, 전극 활물질층을 구성하는 전극 활물질, 구체적으로 상기와 같은 탄소재료 간에 분산된다. 페놀수지는 전극 활물질 간을 연결하는 가교물질로 작용하며, 이는 또한 전극 활물질 간에 신축성을 부여한다. Electrodes are immersed in the immersion liquid for coating. By such deposition coating, the electrode is coated with a phenolic resin. At this time, the phenolic resin is coated and dispersed on the electrode active material layer of the electrode, and is dispersed among the electrode active material constituting the electrode active material layer, specifically, the carbon material as described above. The phenolic resin functions as a crosslinking material connecting the electrode active material, which also imparts elasticity between the electrode active materials.

전술한 바와 같이, 본 발명은 전극의 부피변화를 감소시키는 방식에서 탈피하여, 침적에 의한 페놀수지의 코팅을 통해 부피변화에 대한 대응력(회복)을 갖게 하였다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 전극 활물질에 코팅, 분산된 페놀수지가 전극 활물질 간에 신축성을 부여하여 부피팽창이 발생되더라도 팽창의 완화 및 원상 회복시켜 전극의 손상, 예를 들어 전극의 크랙이나 구조적 파괴를 방지한다. As described above, the present invention has been developed in a manner of reducing the volume change of the electrode, so that it has a response (volume recovery) to the volume change through the coating of phenol resin by immersion. Specifically, according to the present invention, even if a phenol resin coated or dispersed in an electrode active material imparts elasticity between electrode active materials, thereby causing volume expansion, relaxation of the expansion and restoration of the original state can be performed to damage the electrode, .

일반적으로, 전극을 제조함에 있어서는 전극 활물질을 결합시키기 위한 바인더가 사용되며, 대표적으로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 스티렌 러버계열, 셀룰로우즈계열 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdf) 등이 사용되고 있다. 그러나 이러한 종류의 바인더는 절연재의 특성을 가지고 있고, 전극의 견고성을 위하여 그 함유량을 증대시킬 경우 전극의 내부저항을 증가시키고 정전용량을 감소시킨다. In general, a binder for binding an electrode active material is used for manufacturing the electrode. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene rubber, cellulosic and polyvinylidene fluoride Has been used. However, this type of binder has the characteristics of an insulating material, and when the content of the binder is increased for the rigidity of the electrode, the internal resistance of the electrode is increased and the capacitance is reduced.

본 발명에 따르면, 기존에 바인더로 사용되어 온 위와 같은 종류의 수지가 아닌 페놀수지가 침적, 코팅되는 경우, 특이하게도 페놀수지가 위와 같은 바인더 간의 사이 및 전극 활물질 간의 사이에 침투되어 내부저항 특성을 개선함을 알 수 있었다. 또한, 페놀수지는 바인더 및 전극 활물질 간의 가교적 역할과 함께 신축성을 부여하여 부피팽창에 따른 전극의 손상을 방지함을 알 수 있었다. 이에 따라, 부피팽창에 따른 전극의 내부저항의 증가 및 정전용량의 감소를 억제함을 알 수 있었으며, 특히 반복적인 충방전에도 불구하고 전극의 열화나 전기적 특성의 감소를 동반하지 않고 높은 용량 유지율을 가져 장기 신뢰성 및 장수명 특성을 가짐을 알 수 있다. According to the present invention, when a phenolic resin other than the above-mentioned kind of resin used as a binder is deposited and coated, in particular, the phenolic resin penetrates between the binder and the electrode active material as described above, It is found that it improves. In addition, it was found that the phenolic resin plays a role of crosslinking between the binder and the electrode active material and provides elasticity to prevent electrode damage due to volume expansion. As a result, it was found that the increase in the internal resistance of the electrode and the decrease in the electrostatic capacity due to the volume expansion were suppressed. In particular, despite repeated charge and discharge, high capacity retention ratio And it has long-term reliability and long-life characteristics.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 침적액의 농도(페놀수지의 함량)는 위와 같은 특성 향상에 중요한 기술적 인자로 작용함을 알 수 있었다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 침적액의 농도는 2 ~ 25중량%가 바람직하다. 즉, 침적액 전체 중량 기준으로 페놀수지의 함량(고형분)은 2 ~ 25중량%가 바람직하다. 페놀수지는 시중에서 구입 가능한 것으로서, 페놀수지의 고형분 함량이 30중량% 이상인 고농도의 페놀수지 용액을 사용할 수 있다. 이때, 이러한 고농도의 페놀수지용액을 사용하는 경우에, 여기에 용매(이소프로필알콜 등)를 첨가 희석하여 2 ~ 25중량%의 농도(고형분 기준)로 적정하여 사용하는 것이 바람직하다. Further, according to the present invention, it was found that the concentration of the immersion liquid (content of the phenolic resin) acts as an important technical factor for improving the above characteristics. According to a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the immersion liquid is preferably 2 to 25% by weight. That is, the content (solid content) of the phenol resin based on the total weight of the immersion liquid is preferably 2 to 25% by weight. The phenol resin is commercially available, and a high concentration phenol resin solution having a solid content of 30 wt% or more can be used. At this time, when such a high-concentration phenol resin solution is used, it is preferable to use a solvent (isopropyl alcohol or the like) to dilute it and titrate it to a concentration of 2 to 25% by weight (based on solid content).

상기 침적액의 농도에 있어, 페놀수지의 함량이 2중량% 미만으로서 너무 낮은 경우, 페놀수지의 침적 코팅에 따른 상기와 같은 효과가 미미할 수 있다. 구체적으로, 페놀수지의 함량이 2중량% 미만인 경우, 페놀수지의 침적 코팅에 따른 가교성 및 신축성 부여능이 약하여 전극의 손상 방지와 전기적 특성 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 페놀수지의 함량이 25중량%를 초과하여 너무 많은 경우, 내부저항이 증가될 수 있고, 용량 유지율 등의 장기 신뢰성이 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 침적액의 농도는 5 ~ 20중량%가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 ~ 15중량%가 좋다. 이는 하기의 실시예에 의해서도 확인될 수 있다. 또한, 상기 침적액은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 약 400 ~ 1000mPa.s의 점도를 가질 수 있다. When the content of the phenol resin is too low as less than 2% by weight in the concentration of the immersion liquid, the effect as described above due to the immersion coating of the phenol resin may be insignificant. Specifically, when the content of the phenol resin is less than 2% by weight, the ability to impart crosslinkability and stretchability upon immersion coating of the phenolic resin is weak, so that the effect of preventing damage to the electrode and improving the electrical characteristics may be insignificant. If the content of the phenol resin is more than 25% by weight, the internal resistance may be increased, and the long-term reliability such as the capacity retention rate may not be preferable. Considering this point, the concentration of the immersion liquid is preferably 5 to 20% by weight, more preferably 5 to 15% by weight. This can be confirmed by the following examples. The immersion liquid is not particularly limited, but may have a viscosity of, for example, about 400 to 1,000 mPa · s.

[3] 침적 코팅(제3공정)[3] Deposition coating (third step)

상기 침적액에 전극을 침적한다. 예를 들어, 침적용 수조 내에서 페놀수지와 용매를 혼합하여 적정 농도의 침적액을 얻은 다음, 여기에 전극를 투입하여 침적 코팅할 수 있다. 이때, 침적용 수조 내의 침적액을 교반시키면서 침적 코팅을 진행할 수 있다. 또한, 침적은, 예를 들어 상온에서 5시간 ~ 24시간 동안 진행할 수 있다. An electrode is immersed in the immersion liquid. For example, a phenol resin and a solvent may be mixed in an immersion bath to obtain an immersion liquid having an appropriate concentration, and then an electrode may be immersed in the immersion liquid. At this time, the immersion coating can be performed while stirring the immersion liquid in the immersion tank. Further, the deposition can be carried out at room temperature for 5 to 24 hours, for example.

본 발명의 실시 형태에 따라서, 전극의 취급성을 고려하여, 본 제3공정은 전극을 지지체에 고정한 전극체를 얻는 단계와, 상기 전극체를 침적액에 침적, 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 대부분의 전극은, 두께가 얇고 플렉시블(flexible)하여 침적 시 취급이 불편할 수 있다. 그러나, 위와 같이 지지체에 전극을 고정하여 침적하는 경우, 침적용 수조 내로 투입하는 과정과 침적 후의 꺼내는 과정에서 전극의 취급이 편리해질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in consideration of handling property of the electrode, the third step may include a step of obtaining an electrode body having an electrode fixed to a support, and a step of immersing and coating the electrode body with the immersion liquid . Most of the electrodes are thin and flexible, so that handling may be inconvenient when immersed. However, when the electrode is immobilized on the support member as described above, handling of the electrode can be facilitated in the process of being introduced into the acupuncture water tank and in the process of taking out after immersion.

상기 지지체는 전극을 지지할 수 있는 것이면 좋으며, 이는 전극의 형상과 대응되는 판상의 형상을 가질 수 있다. 전극은 결합수단을 통하여 지지체에 부착, 고정할 수 있다. 결합수단은, 예를 들어 접착제 및/또는 접착테이프 등을 예로 들 수 있다. The support may be any one capable of supporting the electrode, and may have a plate-like shape corresponding to the shape of the electrode. The electrode can be attached and fixed to the support via the coupling means. The bonding means may be, for example, an adhesive and / or an adhesive tape.

또한, 상기 지지체는, 바람직하게는 전극 활물질층을 구성하는 탄소재료와 동일한 탄소재료를 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 전극을 구성하는 상기 전극 활물질층이 전극 활물질로서 탄소재료를 포함하는 경우, 상기 지지체는 전극 활물질로서의 탄소재료와 동일한 재질의 탄소재료를 포함하는 탄소판을 사용하는 것이 바람직하다. 일례를 들어, 전극 활물질층의 전극 활물질이 흑연인 경우, 상기 지지체는 흑연을 주재료로 하는 흑연판을 사용하는 것이 좋다. 이에 따라, 부가반응이 억제(방지)될 수 있다. 예를 들어, 전극 활물질층의 전극 활물질이 흑연이고, 지지체는 흑연 이외의 다른 물질로 구성되는 경우, 지지체를 구성하는 물질과 침적액의 페놀수지가 반응하여 전극에 악영향을 줄 수 있다. The support preferably includes a carbon material which is the same as the carbon material constituting the electrode active material layer. Specifically, when the electrode active material layer constituting the electrode contains a carbon material as the electrode active material, it is preferable that the support uses a carbon material containing a carbon material having the same material as the carbon material as the electrode active material. For example, when the electrode active material of the electrode active material layer is graphite, it is preferable to use a graphite plate having graphite as its main material. Thus, the addition reaction can be suppressed (prevented). For example, when the electrode active material of the electrode active material layer is graphite and the support is made of a material other than graphite, the material constituting the support and the phenol resin of the deposit may react with each other to adversely affect the electrode.

위와 같이 침적을 진행한 다음, 침적용 수조에서 전극체(전극 + 지지체)를 꺼내어 건조(용매 휘발)를 진행한다. 건조는, 예를 들어 100 ~ 200℃의 온도에서 질소분위기 하에서 진행될 수 있다. 본 제3공정은 위와 같은 침적과 건조를 1사이클로 하여, 적어도 1회 이상, 또는 2회 이상 복수회 반복 진행할 수 있다. 하나의 예시에서, 2회 내지 5회 진행할 수 있다. 이후, 전극체로부터 지지체를 분리 제거하면, 본 발명에 따라 침적을 통해 페놀수지가 코팅된 전극의 제조가 완성될 수 있다. After performing the above-described deposition, the electrode body (electrode + support) is taken out from the needle-applied water bath and dried (solvent volatilization). The drying can be carried out, for example, at a temperature of 100 to 200 DEG C under a nitrogen atmosphere. The third step may be repeated a plurality of times at least once, or twice or more, by performing the above-mentioned deposition and drying in one cycle. In one example, two to five runs may be performed. Thereafter, when the support is separated and removed from the electrode body, it is possible to complete the manufacture of the electrode coated with the phenolic resin through the deposition according to the present invention.

이상의 공정을 통해 제조된 전극은 리튬이온 커패시터(LiC)나 리튬이온 이차전지의 음극으로 사용될 수 있다. 구체적인 실시 형태에 따라서, 리튬이온 커패시터(LiC)의 음극으로 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명에서, 리튬이온 커패시터(LiC)는, 예를 들어 코인형, 권취형, 각형 및 파우치형 등으로부터 선택될 수 있다. The electrode manufactured through the above process can be used as a negative electrode of a lithium ion capacitor (LiC) or a lithium ion secondary battery. According to a specific embodiment, it can be usefully used as a cathode of a lithium ion capacitor (LiC). In the present invention, the lithium ion capacitor (LiC) may be selected from, for example, a coin type, a winding type, a prismatic type, and a pouch type.

도 1은 코인형 리튬이온 커패시터(LiC)의 일례를 보인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 리튬이온 커패시터(LiC)는 음극 캔(A)(Anode Can)과, 양극 캔(C)(Cathode Can)과, 상기 음극 캔(A)과 양극 캔(C)에 설치된 전극 소자로서의 음극(10A)과 양극(10C)을 포함할 수 있다. 그리고 음극(10A)과 양극(10C)의 사이에는 세퍼레이터(S)가 개재되고, 이들(10A)(10C)(S)의 측면에는 가스킷(G)이 설치된 구조를 가질 수 있다. 또한, 음극(10A)에는 리튬의 공급을 위한 리튬 금속박(L)이 부착될 수 있다. 이때, 음극(10A)은 전술한 바와 같은 본 발명의 전극으로 구성될 수 있다. 그리고 양극(10C)은 통상과 같다. 1 is a cross-sectional view showing an example of a coin type lithium ion capacitor (LiC). 5, a lithium ion capacitor LiC includes an anode can A, an anode can C, an anode can C, and an anode can C, And may include a cathode 10A and an anode 10C as elements. A separator S may be interposed between the cathode 10A and the anode 10C and a gasket G may be provided on the side surfaces of the separator S and the cathode 10A and the anode 10C. Further, a lithium metal foil L for supplying lithium may be attached to the cathode 10A. At this time, the cathode 10A may be composed of the electrode of the present invention as described above. The anode 10C is the same as usual.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 침적을 통한 페놀수지의 코팅에 의해, 부피팽창에 따른 전극의 손상이 방지되고 내부저항 및 정전용량 등의 전기적 특성이 향상된다. 또한, 예를 들어 10,000회의 반복적인 충방전을 실시한 후에도 높은 용량 유지율을 가져 장기 신뢰성 및 장수명 특성을 갖는다. According to the present invention described above, the coating of the phenolic resin through the deposition as described above prevents the electrode from being damaged due to the volume expansion and improves the electrical characteristics such as the internal resistance and the capacitance. In addition, it has a high capacity retention rate even after 10,000 repetitive charge / discharge cycles, for example, and has long-term reliability and long-life characteristics.

아울러, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 부피팽창을 감소시키기 위해 혼합 전극을 사용하거나 전극 밀도를 변경하는 방법에 비해, 침적 코팅을 통한 간단한 방법으로 부피팽창에 따른 전극의 손상을 방지할 있어 제조공정이나 경제성 등에서도 유리하다. In addition, according to the present invention, as compared with a conventional method of using a mixed electrode or a method of changing the density of electrodes to reduce the volume expansion, it is possible to prevent the damage of the electrode due to the volume expansion by a simple method through deposition coating, It is also advantageous in terms of economic efficiency.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be exemplified. The following examples are provided to illustrate the present invention only and the technical scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

< 양극 제조 > &Lt; Preparation of positive electrode &

20㎛ 두께의 알루미늄 다공성 금속 집전체에 슬러리화된 폴리아센 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극 활물질은 폴리아센세미콘덕터(PAS ; PolyAceneSemiconductor) 분말에 도전재로서 케첸블랙과 덴카블랙의 흑연재와, 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE ; Poly Tetrafluoro Ethylene) 분말과, 용제로서 이소프로필알콜(Isopropyl Alcohole)을 첨가한 슬러리를 사용하였다. 이러한 슬러리를 알루미늄 금속 집전체에 코팅한 후, 180℃의 질소분위기에서 약 12시간 동안 건조하였다. A positive electrode was prepared by applying a slurried polyacene cathode active material to an aluminum porous metal current collector having a thickness of 20 탆. At this time, the positive electrode active material is formed by mixing a polytetrafluoroethylene (PTFE) powder as a conductive material, a black graphite material of Ketjenblack and denka black as a conductive material in a polyacene semiconducting powder (PAS) A slurry to which isopropyl alcohol was added was used. This slurry was coated on an aluminum metal current collector and then dried in a nitrogen atmosphere at 180 캜 for about 12 hours.

< 음극 제조 > &Lt; Preparation of negative electrode &

(1) 음극 시트(1) Negative electrode sheet

30㎛ 두께의 동박(Cu)에 0.1mm의 펀칭홀이 형성된 다공성의 구리 펀칭 메탈을 금속 집전체로 사용하고, 여기에 음극 활물질 조성물을 도포하였다. 이때, 음극 활물질 조성물은 음극 활물질로서 폴리아센세미콘덕터(PAS ; PolyAceneSemiconductor) 분말에 도전재로서 케첸블랙과 덴카블랙의 흑연재와, 바인더로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE ; Poly Tetrafluoro Ethylene) 분말과, 용제로서 이소프로필알콜(Isopropyl Alcohole)을 첨가한 슬러리를 사용하였다. 이러한 슬러리를 구리 펀칭 메탈에 코팅한 후, 180℃의 질소분위기에서 약 12시간 동안 건조시켜, 구리 펀칭 메탈의 양면에 음극 활물질층이 형성된 음극 시트를 제조하였다. A porous copper punching metal having a punching hole of 0.1 mm formed in a copper foil (Cu) having a thickness of 30 탆 was used as a metal collector, and the negative electrode active material composition was applied thereto. At this time, the negative electrode active material composition is prepared by mixing, as a negative electrode active material, a polytetrafluoroethylene (PTFE) powder as a conductive material, a black graphite material of Ketjenblack and denka black as a conductive material in a polyacene semiconducting powder (PAS) And a slurry to which isopropyl alcohol (isopropyl alcohol) was added as a solvent was used. This slurry was coated on a copper punching metal and dried in a nitrogen atmosphere at 180 캜 for about 12 hours to prepare a negative electrode sheet having a negative electrode active material layer on both sides of a copper punching metal.

(2) 침적액 제조(2) Manufacture of immersion liquid

시중에서 금속간의 접착제로 사용되는 페놀수지 접착제(고형분 약 40중량%)를 구입하고, 이를 침적용 수조에서 이소프로필알콜(용매)과 혼합하여 적정 농도로 적정하였다. 이때, 각 실시예에 따라 페놀수지 접착제와 이소프로필알콜의 사용량을 달리하여, 하기 [표 1]에 보인 바와 같이 각 실시예에 따라 페놀수지의 함량(침적액의 농도)이 다른 침적액을 제조하였다. 하기 [표 1]에서 페놀수지의 함량(침적액의 농도)은 침적액 전체 중량을 기준으로 한 페놀수지의 고형분 함량이다. 또한, 이소프로필알콜을 첨가한 후에는 페놀수지의 원활한 분산을 위하여 침적용 수조에서 약 24시간 동안 약 500rpm으로 교반하여 침적액을 완성하였다. A phenolic resin adhesive (solid content: about 40% by weight) used as an adhesive between metals was purchased in the market, and it was mixed with isopropyl alcohol (solvent) in a dip application bath and titrated to an appropriate concentration. As shown in Table 1 below, the content of the phenol resin (concentration of the immersion liquid) was varied depending on the amounts of the phenol resin adhesive and the isopropyl alcohol used, Respectively. In Table 1 below, the content of the phenolic resin (concentration of the immersion liquid) is the solid content of the phenolic resin based on the total weight of the immersion liquid. After the addition of isopropyl alcohol, the mixture was stirred at about 500 rpm for about 24 hours in an immersion bath to smoothly disperse the phenolic resin, thereby completing the immersion liquid.

(3) 침적 코팅 (3) Immersion coating

상기에서 제조된 음극 시트를 판상의 지지체에 테이핑을 통해 부착, 고정하여 전극체를 형성하였다. 이러한 전극체를 상기 침적용 수조에 투입한 후, 12시간 동안 침적액을 교반하면서 침적 코팅을 진행하였다. 이때, 상기 지지체는 부반응을 방지하기 위해 상기 음극 활물질층을 구성하는 탄소재료와 동일한 탄소재료, 즉 폴리아센세미콘덕터(PAS)를 주재료로 하여 제조된 탄소판을 사용하였다. 첨부된 도 2는 탄소판에 음극 시트가 부착된 모습을 보인 사진이고, 도 3은 전극체를 침적용 수조에 투입하고 있는 모습을 보인 사진이다. The negative electrode sheet prepared above was adhered and fixed to a plate-like support through taping to form an electrode body. These electrode bodies were put into the dip coating bath, and the dip coating was performed while stirring the dip coating liquid for 12 hours. At this time, in order to prevent a side reaction, the support was made of a carbon material having the same carbon material as that of the anode active material layer, that is, a polyacene semiconducting conductor (PAS) as a main material. FIG. 2 is a photograph showing a state in which a negative electrode sheet is attached to a carbon plate, and FIG. 3 is a photograph showing a state in which an electrode body is put in a needle applying tank.

이후, 상기 침적된 전극체를 수조에서 꺼낸 다음, 180℃의 질소분위기에서 건조하여 용매를 휘발시켰다. 이러한 침적 과정과 건조 과정을 연속적으로 총 3회 반복하였다. 상기 반복 침적 시에는 수시로 침적액의 농도를 측정하여 이소프로필알콜이나 페놀수지를 보충하는 방법으로 초기의 농도를 유지시켰다. 이를 통해, 음극에 페놀수지를 코팅하여 음극 활물질의 가교성을 확립하였다. 첨부된 도 4는 침적 코팅 후의 모습을 보인 사진이다. Thereafter, the immersed electrode body was taken out from the water bath, and then dried in a nitrogen atmosphere at 180 캜 to volatilize the solvent. This deposition process and drying process were repeated 3 times in total. At the time of the repeated deposition, the concentration of the immersion liquid was measured from time to time, and the initial concentration was maintained by supplementing with isopropyl alcohol or phenol resin. Through this, the cross - linkability of the negative electrode active material was established by coating the negative electrode with phenol resin. 4 is a photograph showing a state after deposition coating.

(4) 프리도핑 (4) Pre-doping

다음으로, 탄소판을 분리 제거한 다음, 페놀수지가 코팅된 음극의 일면에 리튬 금속박을 부착한 다음, 전해액에 함침하여 80℃에서 약 24시간 동안 프리도핑을 진행하여 음극을 완성하였다. 전해액은 프로필렌카보네이트 용매에 육불화 리튬염을 1.0M로 용해한 것을 사용하였다. Next, after separating and removing the carbon plate, a lithium metal foil was attached to one side of the anode coated with phenol resin, then impregnated with the electrolytic solution and pre-doped at 80 ° C for about 24 hours to complete the cathode. The electrolytic solution was prepared by dissolving hexafluoride lithium salt in propylene carbonate solvent at 1.0M.

< LiC 셀 제조 및 전기적 특성 평가 > <LiC cell fabrication and evaluation of electrical characteristics>

상기와 같이 제조된 음극 및 양극을 일정한 크기로 재단한 다음, 세퍼레이터를 개재하고 전해액(육불화 리튬염 1.0M)의 함침을 통한 통상과 같은 방법으로 코인형 Φ6.8mm x 1.4mm 제품의 LiC 코인셀을 조립하여 제조하였다. 그리고 제조된 각 실시예에 따른 LiC 코인셀 시편에 대하여, 초기(1cycle)의 전압(V), 정전용량(F) 및 내부저항(mΩ)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. The negative electrode and the positive electrode thus prepared were cut to a predetermined size and then impregnated with an electrolyte (1.0 M lithium hexafluoride) through a separator to form a coin-type Φ6.8 mm x 1.4 mm LiC coin Cells were assembled and assembled. The voltage (V), the electrostatic capacity (F) and the internal resistance (m?) Of the LiC coin cell specimen according to each of the manufactured embodiments were evaluated in the initial cycle. The results are shown in Table 1 below. .

또한, 각 실시예에 따른 LiC 셀 시편에 대하여 충전 및 방전을 10,000회 실시한 다음, 후기(10,000cycle)의 전압(V), 정전용량(F) 및 내부저항(mΩ)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. (충방전 시험 : 충전 3.8V 5mA 30초, 방전 3.8~2.2V 100㎂ 30초를 1회로 함)The LiC cell specimens according to the respective examples were subjected to charge and discharge 10,000 times, and the voltage (V), the electrostatic capacity (F) and the internal resistance (m?) Of the last cycle (10,000 cycles) Are shown in Table 2 below. (Charging / discharging test: Charging 3.8V 5mA 30sec, discharging 3.8 ~ 2.2V 100μA 30sec)

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예와 비교하여, 음극을 제조함에 있어 페놀수지의 코팅(침적)을 진행하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하여 LiC 코인셀 시편을 제조하였다. 본 비교예에 따른 LiC 코인셀 시편에 대하여, 실시예와 동일한 방법으로 초기(1cycle)와 후기(10,000cycle)의 전기적 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1] 및 [표 2]에 나타내었다. A LiC coin cell specimen was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating (deposition) of the phenol resin was not carried out in the preparation of the negative electrode. The electrical characteristics of the LiC coin cell specimen according to this comparative example were evaluated in the initial (1 cycle) and the latter (10,000 cycles) in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 and Table 2 below. .

< 셀 시편의 전기적 특성 평가 결과(초기/1cycle) >               <Evaluation results of electrical characteristics of cell specimen (initial / 1 cycle)> 비 고Remarks 침적액의 농도
(페놀수지의 함량)
Concentration of immersion liquid
(Content of phenolic resin)
전압
[V]
Voltage
[V]
정전용량
[F]
Capacitance
[F]
내부저항
[mΩ]
Internal resistance
[mΩ]
실시예 1
Example 1
2중량%2 wt% 3.83.8 0.280.28 45.245.2
실시예 2
Example 2
5중량%5 wt% 3.83.8 0.320.32 30.330.3
실시예 3
Example 3
10중량%10 wt% 3.83.8 0.360.36 28.428.4
실시예 4
Example 4
15중량%15 wt% 3.83.8 0.300.30 42.542.5
실시예 5
Example 5
20중량%20 wt% 3.83.8 0.250.25 48.648.6
실시예 6
Example 6
25중량%25 wt% 3.83.8 0.210.21 51.851.8
비교예 1
Comparative Example 1
미 코팅Uncoated 3.83.8 0.200.20 64.364.3

< 셀 시편의 전기적 특성 평가 결과(후기/10,000cycle) >             <Evaluation results of electrical characteristics of cell specimen (late / 10,000 cycle)> 비 고Remarks 페놀수지의
코팅(침적) 조건
Phenolic
Coating (deposition) conditions
전압
[V]
Voltage
[V]
정전용량
[F]
Capacitance
[F]
내부저항
[mΩ]
Internal resistance
[mΩ]
실시예 1
Example 1
2중량%2 wt% 3.83.8 0.110.11 65.265.2
실시예 2
Example 2
5중량%5 wt% 3.83.8 0.280.28 32.332.3
실시예 3
Example 3
10중량%10 wt% 3.83.8 0.350.35 29.729.7
실시예 4
Example 4
15중량%15 wt% 3.83.8 0.220.22 67.567.5
실시예 5
Example 5
20중량%20 wt% 3.83.8 0.180.18 88.688.6
실시예 6
Example 6
25중량%25 wt% 3.83.8 0.070.07 120.4120.4
비교예 1
Comparative Example 1
미 코팅Uncoated 3.83.8 0.0020.002 --

상기 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라 침적을 통해 페놀수지가 코팅된 음극을 적용한 셀 시편(실시예 1 ~ 6)이 침적 코팅을 진행하는 않은 셀 시편(비교예 1)에 비해 우수한 전기적 특성을 보였으며, 특히 내부저항이 현저히 개선됨을 알 수 있었다. As shown in [Table 1] and [Table 2], according to the examples of the present invention, the cell specimens (Examples 1 to 6) to which the anode coated with the phenol resin through the deposition were applied It was found that the electrical characteristics were superior to those of the cell specimen (Comparative Example 1), and the internal resistance was remarkably improved, in particular.

아울러, 침적 코팅을 진행하는 않은 셀 시편(비교예 1)은 장기적인 충방전 시험(10,000cycle)에 있어 리튬의 삽입 및 탈리에 의한 전극의 구조변화 및 전극의 파괴에 의해 에너지 저장소자로서의 기능을 발현하지 못함을 알 수 있었다. In addition, the cell specimen (Comparative Example 1) which did not undergo the deposit coating exhibited the function as an energy storage device due to the change of the structure of the electrode due to the insertion and desorption of lithium and the destruction of the electrode in the long term charge-discharge test (10,000 cycles) I could not see that I could not.

또한, 실시예 1 ~ 6을 대비하여 보면, 침적액의 농도(폐놀수지의 함량)에 따라 전기적 특성이 달라짐을 알 수 있었다. 본 실시예들에서는, 침적액의 농도가 5 ~ 20중량%인 경우(실시예 2 ~ 5)에 초기 특성은 물론 10,000회 충방전 후에도 우수한 전기적 특성을 보였다. 특히, 침적액의 농도가 5 ~ 15중량%인 경우(실시예 2 ~ 4)에는 10,000회 충방전 후에도 정전 용량 및 내부저항에 큰 변화가 없어 우수한 용량 유지율 및 고신뢰성을 가짐을 알 수 있었다. 아울러, 본 실시예들에서는 침적액의 농도 10중량%에서 가장 우수한 최적 특성을 보였다. Also, in comparison with Examples 1 to 6, it was found that the electrical characteristics were varied depending on the concentration of the immersion liquid (the content of the waste resin). In these examples, excellent electrical characteristics were exhibited not only in the initial characteristics but also after 10,000 charge / discharge cycles when the concentration of the immersion liquid was 5 to 20 wt% (Examples 2 to 5). In particular, when the concentration of the immersion liquid was 5 to 15% by weight (Examples 2 to 4), there was no significant change in capacitance and internal resistance even after 10,000 cycles of charging and discharging. In addition, in this embodiment, the optimum optimum characteristics were obtained at a concentration of 10 wt% of the immersion liquid.

A : 음극 캔 C : 양극 캔
10A : 음극 10C : 양극
L : 리튬 금속박 S : 세퍼레이터
G : 가스킷
A: anode can C: anode can
10A: cathode 10C: anode
L: lithium metal foil S: separator
G: Gasket

Claims (7)

금속 집전체와, 상기 금속 집전체의 한면 또는 양면에 형성된 전극 활물질층을 포함하는 전극을 준비하는 제1공정;
페놀수지와 용매를 포함하는 침적액을 얻는 제2공정; 및
상기 전극을 침적액에 침적, 코팅하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법.
A first step of preparing an electrode including a metal current collector and an electrode active material layer formed on one or both surfaces of the metal current collector;
A second step of obtaining a deposit liquid containing a phenol resin and a solvent; And
And a third step of immersing and coating the electrode on the immersion liquid.
제1항에 있어서,
상기 침적액은 2중량% 내지 25중량%의 페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the immersion liquid comprises 2 wt% to 25 wt% of a phenolic resin.
제1항에 있어서,
상기 침적액은 5중량% 내지 15중량%의 페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the immersion liquid comprises 5 wt% to 15 wt% of a phenolic resin.
제1항에 있어서,
상기 제3공정은,
상기 전극을 지지체에 고정한 전극체를 얻는 단계와,
상기 전극체를 침적액에 침적, 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the third step,
Obtaining an electrode body having the electrode fixed to a support,
And immersing and coating the electrode body in the immersion liquid.
제4항에 있어서,
상기 전극 활물질층은 전극 활물질로서의 탄소재료, 바인더 및 도전재를 포함하고,
상기 지지체는 전극 활물질층을 구성하는 탄소재료와 동일한 탄소재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the electrode active material layer includes a carbon material as an electrode active material, a binder, and a conductive material,
Wherein the support comprises a carbon material which is the same as the carbon material constituting the electrode active material layer.
금속 집전체와,
상기 금속 집전체의 한면 또는 양면에 형성된 전극 활물질층을 포함하고,
상기 전극 활물질층은 페놀수지와 용매를 포함하는 침적액에 침적되어 페놀수지가 코팅된 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극.
The metal housing,
And an electrode active material layer formed on one or both surfaces of the metal current collector,
Wherein the electrode active material layer is immersed in a plating solution containing a phenol resin and a solvent and coated with a phenol resin.
제6항에 있어서,
상기 전기화학 디바이스용 전극은 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 전기화학 디바이스용 전극의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 전기화학 디바이스용 전극.
The method according to claim 6,
Wherein the electrode for an electrochemical device is manufactured by the method for manufacturing an electrode for an electrochemical device according to any one of claims 1 to 5.
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