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KR20230114814A - Method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery including solution coating process - Google Patents

Method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery including solution coating process Download PDF

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KR20230114814A
KR20230114814A KR1020220010364A KR20220010364A KR20230114814A KR 20230114814 A KR20230114814 A KR 20230114814A KR 1020220010364 A KR1020220010364 A KR 1020220010364A KR 20220010364 A KR20220010364 A KR 20220010364A KR 20230114814 A KR20230114814 A KR 20230114814A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
manufacturing
active material
porous substrate
current collector
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020220010364A
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Korean (ko)
Inventor
안경현
윤혜정
정민환
박상률
김경진
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020220010364A priority Critical patent/KR20230114814A/en
Publication of KR20230114814A publication Critical patent/KR20230114814A/en
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Abstract

본 발명은 도공액 코팅 공정을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법에 관한 것으로, 리튬 이차전지용 전극 제조 시 탈수 공정을 적용하여 전극 성능의 저해 없이 건조 속도를 향상시켜 생산성을 극대화 시킴과 동시에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하는 공정을 적용하여 전극 활물질과 구리 포일 접착력을 향상시켜 수명성능을 향상 시킨 전극을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, which includes a coating solution coating process. When manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, a dehydration process is applied to maximize productivity by improving the drying speed without impairing electrode performance, and at the same time, a binder is used. It is possible to manufacture an electrode with improved life performance by improving the adhesion between the electrode active material and the copper foil by applying a process of applying the coating solution containing the present invention.

Description

도공액 코팅 공정을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법{Method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery including solution coating process}Method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery including solution coating process}

본 발명은 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법, 구체적으로 탈수 공정 및 도공액 코팅 공정을 적용한 리튬 이차전지용 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery, and specifically, to a method for manufacturing an electrode for a lithium secondary battery to which a dehydration process and a coating solution coating process are applied.

리튬 이차전지는 집전체 (current collector) 상에 활물질이 도포되어 있는 전극인 양극과 음극 및 이들을 분리하기 위한 다공성 분리막으로 구성된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 상기 전극은 포일(foil) 형태의 집전체에 활물질, 도전재, 바인더 등을 포함하는 액상 슬러리를 코팅하여 건조하고, 롤프레싱에 의한 가압(pressing)의 공정을 거쳐 전극층을 형성함으로써 제조되며, 일련의 전극 제조 속도는 통상 50 내지 80m/min의 수준으로 알려져 있다.A lithium secondary battery has a structure in which an electrolyte containing a lithium salt is impregnated in an electrode assembly composed of a positive electrode and a negative electrode, which are electrodes coated with an active material on a current collector, and a porous separator for separating them. The electrode is manufactured by coating a liquid slurry containing an active material, a conductive material, a binder, etc. on a foil-shaped current collector, drying it, and forming an electrode layer through a pressing process by roll pressing. The electrode manufacturing speed of is known at a level of 50 to 80 m/min.

한편, 최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 전자 기기의 전원으로 사용되는 리튬 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.On the other hand, as electronic devices are miniaturized, lightweight, thin, and portable according to the recent development of the information communication industry, demand for lithium secondary batteries used as power sources for electronic devices is rapidly increasing.

특히, 최근에는 전기 자동차의 빠른 보급 확대로 공급이 수요를 따라가지 못하는 상황이 발생하고 있다. 이에, 최근 리튬 이차전지 제조 업체들은 공급을 확대하기 위한 방안으로 리튬 이차전지의 제조 공정 중 가장 큰 비중을 차지하는 전극 제조 속도를 향상시키기는 시도를 하고 있다. 구체적으로, 용매를 사용하지 않는 건식 공정을 적용하거나, 용매의 건조 속도를 높이기 위해 열풍 건조 속도를 증가시키는 시도를 하고 있다.In particular, in recent years, there is a situation in which supply cannot keep up with demand due to the rapid spread of electric vehicles. Accordingly, recently, lithium secondary battery manufacturers have attempted to improve the electrode manufacturing speed, which occupies the largest portion of the lithium secondary battery manufacturing process, as a way to expand supply. Specifically, an attempt is being made to apply a drying process that does not use a solvent or to increase the hot air drying speed to increase the drying speed of the solvent.

그러나 건식 공정은 용매를 사용하지 않으므로 전극 물질들을 균일하게 분산시키지 못한다는 문제점이 있고, 열풍 건조 속도를 증가시키는 경우 슬러리 중 바인더 성분이 표면 방향으로 이동하는 현상 및 표면만 건조되는 스키닝(skinning) 현상이 발생하여 전극 성능의 저해를 야기할 수 있는 문제점이 있다.However, since the dry process does not use a solvent, there is a problem that the electrode materials cannot be uniformly dispersed, and when the hot air drying speed is increased, the binder component in the slurry moves toward the surface and only the surface is dried. There is a problem that this may occur and cause degradation of electrode performance.

이에, 본 발명자들은 전극 성능의 저해 없이 전극 제조의 생산성을 올릴 수 있는 대안으로서, 종이 제조 공정에서 이루어지는 탈수 공정을 전극 제조에 적용하고, 집전체에 도공액을 코팅하는 공정을 통하여, 전극 제조의 생산성 및 전지의 제반 성능을 모두 향상시킬 수 있는 것에 착안하고 연구를 진행하였다.Accordingly, the inventors of the present invention, as an alternative to increasing the productivity of electrode manufacturing without impairing electrode performance, applied the dehydration process performed in the paper manufacturing process to electrode manufacturing and through the process of coating the coating solution on the current collector, Research was conducted focusing on the possibility of improving both productivity and overall performance of the battery.

본 발명자들은 종이 제조에서 사용된 탈수 공정을 이차전지의 전극 제조에 효율적으로 적용할 수 있는 방법을 찾아내고, 이에 기초하여 전극 제조 시 건조 속도를 향상시켜 생산성을 극대화시켰으며, 동시에 도공액 공정을 도포하여 전극의 성능을 더 향상시킬 수 있는 방법을 구현함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors found a method that can efficiently apply the dehydration process used in paper manufacturing to the production of secondary battery electrodes, and based on this, maximized productivity by improving the drying speed in electrode production, and at the same time, the coating solution process The present invention was completed by implementing a method for further improving the performance of the electrode by coating.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0006899호Patent Document 1: Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0006899 특허문헌 2: 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0119158호Patent Document 2: Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0119158

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 리튬 이차전지용 전극의 제조 시에 전극 성능의 저해 없이 건조 속도를 향상시켜 생산성을 극대화시킴과 동시에 전극 활물질과 전극 집전체의 접착력을 향상시켜 전지의 제반 성능을 개선시킬 수 있는 전극 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to maximize the productivity by improving the drying speed without impairing the electrode performance when manufacturing the electrode for a lithium secondary battery, and at the same time to improve the adhesion between the electrode active material and the current collector to improve the overall performance of the battery. It is to provide an electrode manufacturing method that can be improved.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 전극 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides an electrode manufacturing method as follows.

(S100) 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 다공성 기재의 일면에 도포한 후, 상기 다공성 기재의 반대쪽 면으로 탈수 공정(dewatering)을 수행하여 전극층을 형성하는 단계;(S100) forming an electrode layer by applying an electrode slurry containing an active material, a binder, a conductive material and a solvent to one side of a porous substrate, and then performing a dewatering process on the opposite side of the porous substrate;

(S200) 전극 집전체 상에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하는 단계; (S200) applying a coating solution containing a binder on the electrode current collector;

(S300) 상기 다공성 기재 상에 형성된 전극층에 상기 전극 집전체를 적층시켜 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체가 순차적으로 적층된 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 가압하여 추가 탈수를 수행하는 단계; 및(S300) laminating the electrode current collector on the electrode layer formed on the porous substrate to form a laminate in which the porous substrate, the electrode layer, and the electrode current collector are sequentially stacked, and pressurizing the laminate to perform additional dehydration; and

(S400) 상기 다공성 기재를 전극층으로부터 분리한 후 집전체 상에 형성된 전극층을 건조하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법을 제공한다. (S400) Provides a method for manufacturing an electrode comprising separating the porous substrate from the electrode layer and then drying the electrode layer formed on the current collector.

본 발명에서 (S100) 단계의 상기 다공성 기재는 폴리머, 유리 섬유, 종이, 금속 또는 세라믹 재질의 메쉬(mesh) 형태일 수 있고, 이 때 상기 폴리머로는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PES(polyethylsulfone), 나일론 등이 사용가능하다.In the present invention, the porous substrate in step (S100) may be in the form of a mesh made of polymer, glass fiber, paper, metal or ceramic material, and in this case, the polymer includes PTFE (polytetrafluoroethylene), PES (polyethylsulfone), nylon etc. are available.

본 발명에서 (S100) 단계의 상기 다공성 기재의 기공 평균 크기는 0.1 내지 20 ㎛, 또는 1 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다.In the present invention, the average pore size of the porous substrate in step (S100) may range from 0.1 to 20 μm, or from 1 to 10 μm.

본 발명에서 (S100) 단계의 상기 다공성 기재의 기공률(porosity)은 50 내지 95%, 또는 70% 내지 90%의 범위일 수 있다.In the present invention, the porosity of the porous substrate in step (S100) may be in the range of 50 to 95%, or 70% to 90%.

본 발명에서 (S100) 단계의 탈수 공정에 따르면, 전극 슬러리 중 용매의 상당량, 예컨대 사용된 용매 함량의 40% 내지 80%, 상세하게는 50% 내지 70%의 수준으로 제거할 수 있다.According to the dehydration process of step (S100) in the present invention, a significant amount of the solvent in the electrode slurry, for example, 40% to 80%, specifically 50% to 70% of the used solvent content can be removed.

본 발명에서 (S200) 단계의 도공액은 전극층과 전극 집전체 간의 접착력을 향상시킬 수 있는 바인더를 1종 이상 포함할 수 있으며, 바인더를 포함하는 도공액은 바인더를 용매에 분산시키고 교반하여 수득할 수 있다. 이 때, 전극 집전체에 도포되는 바인더를 포함하는 도공액의 도포 두께는 5 내지 50㎛일 수 있다.In the present invention, the coating solution in step (S200) may include one or more binders capable of improving adhesion between the electrode layer and the electrode current collector, and the coating solution containing the binder may be obtained by dispersing the binder in a solvent and stirring it. can At this time, the coating thickness of the coating solution containing the binder applied to the electrode current collector may be 5 to 50 μm.

본 발명에서 (S200) 단계의 도공액에 포함되는 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR), 불소-함유 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바인더 고분자일 수 있다.In the present invention, the binder included in the coating solution of step (S200) is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile ), polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid , styrene butyrene rubber (SBR), and fluorine-containing rubber may be one or more binder polymers selected from the group consisting of.

본 발명에서 (S200) 단계의 바인더는 도공액 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량로 포함될 수 있다.In the present invention, the binder in step (S200) may be included in an amount of 10 to 40 weight based on the total weight of the coating solution.

본 발명에서 (S300) 단계의 가압은 0.05 내지 20,000 kPa, 상세하게는 0.1 내지 4,000 kPa의 압력에서 수행될 수 있다.In the present invention, the pressurization of step (S300) may be performed at a pressure of 0.05 to 20,000 kPa, specifically 0.1 to 4,000 kPa.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법으로 제조된 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode manufactured by the method of the present invention and a lithium secondary battery including the same.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The solution to the above problems does not enumerate all the features of the present invention. Various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be understood in more detail with reference to the following specific examples.

본 발명에 따르면, 리튬 이차전지용 전극의 제조 과정에 다공성 기재를 이용한 탈수 공정(dewatering)을 적용하여 전극 슬러리 중 용매의 상당량을 미리 제거하고, 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체의 상태로 가압하여 추가 탈수를 거친 다음, 다공성 기재를 전극층으로부터 분리한 후 전극층을 건조하는 과정을 통해 건조 속도를 단축시켜, 전극 성능의 저해 없이 전극의 생산성을 극대화할 수 있다.According to the present invention, a significant amount of the solvent in the electrode slurry is removed in advance by applying a dewatering process using a porous substrate to the manufacturing process of the electrode for a lithium secondary battery, and the porous substrate, the electrode layer, and the electrode current collector are pressurized and added After dehydration, the porous substrate is separated from the electrode layer, and then the electrode layer is dried to shorten the drying rate, thereby maximizing the productivity of the electrode without impairing electrode performance.

본 발명에 따르면, 바인더를 포함하는 도공액을 미리 집전체에 도포함으로써 탈수공정의 적용으로 인해 활물질과 전극 집전체 간의 약해진 접착력을 향상시켜 전지의 제반 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by applying the coating solution containing the binder to the current collector in advance, it is possible to improve the overall performance of the battery by improving the adhesive strength between the active material and the electrode current collector due to the application of the dehydration process.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above effects, specific effects of the present invention will be described together while explaining specific details for carrying out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 도공액 코팅 공정을 포함하는 리튬 이자전지용 전극 제조 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예 1의 리튬 이차전지용 전극 간의 전극 접착력을 비교한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 전극 간의 공극률 및 공극 분포를 비교한 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 전극 간의 용량 및 수명 성능을 비교한 결과이다.
1 is a flowchart schematically illustrating a process of manufacturing an electrode for a lithium secondary battery including a coating solution coating process according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a result of comparing the electrode adhesion between the lithium secondary battery electrodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention.
Figure 3 is a result of comparing the porosity and void distribution between the electrodes of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
4 is a result of comparing capacity and lifetime performance between electrodes of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their 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 there is.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 탈수 공정을 도입한 전극 제조 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically illustrates an electrode manufacturing process in which a dehydration process according to an embodiment of the present invention is introduced.

도 1을 참조할 때, 본 발명의 전극 제조방법은 (S100) 전극 슬러리를 탈수하여 전극층을 형성하는 단계; (S200) 전극 집전체 상에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하는 단계; (S300) 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체의 적층체를 형성한 후 추가 탈수를 위해 가압하는 단계; 및 (S400) 상기 다공성 기재의 분리 후 건조 단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, the electrode manufacturing method of the present invention includes (S100) dehydrating the electrode slurry to form an electrode layer; (S200) applying a coating solution containing a binder on the electrode current collector; (S300) forming a laminate of a porous substrate, an electrode layer, and an electrode current collector, and then applying pressure for additional dehydration; and (S400) a drying step after separating the porous substrate.

하기에서는 본 발명에 따른 전극 제조 방법을 단계별로 설명한다.In the following, the electrode manufacturing method according to the present invention will be described step by step.

(S100) 전극 슬러리를 탈수하여 전극층을 형성하는 단계(S100) Dehydrating the electrode slurry to form an electrode layer

먼저, 전극 슬러리를 다공성 기재의 일면에 도포한 후, 상기 다공성 기재의 반대쪽 면으로 탈수 공정(dewatering)을 수행하여 전극층을 형성한다 (S100).First, an electrode layer is formed by applying an electrode slurry to one side of a porous substrate and then performing a dewatering process on the opposite side of the porous substrate (S100).

상기 전극 슬러리는 활물질을 용매에 분산시키고, 바인더, 도전재 등을 혼합한 뒤 이를 교반하여 수득할 수 있다.The electrode slurry may be obtained by dispersing an active material in a solvent, mixing a binder, a conductive material, and the like, and then stirring them.

상기 활물질은 전극에서 리튬이온과 전기화학적 반응을 일으키는 물질이다. 본 발명에 따라 제조된 전극이 리튬 이차전지용 양극(positive electrode)으로 사용될 경우, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, 및 LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x,y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0≤x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에 따라 제조된 전극이 리튬 이차전지용 음극으로 사용될 경우, 상기 활물질은 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 전극 활물질은 전극 슬러리의 전체 중량을 기준으로 10 내지 80 중량%로 사용될 수 있다.The active material is a material that causes an electrochemical reaction with lithium ions in an electrode. When the electrode manufactured according to the present invention is used as a positive electrode for a lithium secondary battery, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are each independently any one selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo, and x, y and z are independently oxides 0≤x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1 as the atomic fraction of the constituent elements) any one active material particle selected from the group consisting of, or two kinds thereof A mixture of the above may be included. On the other hand, when the electrode manufactured according to the present invention is used as a negative electrode for a lithium secondary battery, the active material is natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material; lithium-containing titanium composite oxide (LTO), metals (Me) that are Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; alloys composed of the metals (Me); an oxide (MeO x ) of the metal (Me); and any one active material particle selected from the group consisting of a composite of the metal (Me) and carbon, or a mixture of two or more of them. These electrode active materials may be used in an amount of 10 to 80% by weight based on the total weight of the electrode slurry.

상기 도전재는 전극층 내의 전기적 연결을 위한 도전 경로를 제공하는 성분으로, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 전극 슬러리의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다.The conductive material is a component that provides a conductive path for electrical connection in the electrode layer, and is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. The conductive material may be added in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the electrode slurry.

상기 바인더는 전극층에서 활물질 및 도전재 사이에 위치하여 이들을 연결 및 고정하면서 전극층과 전극 집전체 간의 결합을 도모하는 성분으로서, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR), 불소-함유 고무 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다. 상기 바인더는 전극 슬러리의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용할 수 있다.The binder is a component that is located between the active material and the conductive material in the electrode layer to connect and fix them while promoting bonding between the electrode layer and the electrode current collector, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP) , polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinyl Various types of binder polymers such as pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butyrene rubber (SBR), and fluorine-containing rubber may be used. The binder may be added in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the electrode slurry. N-methylpyrrolidone, acetone, water, etc. may be used as the solvent.

상기 전극 슬러리에 포함되는 활물질, 바인더, 도전재 및 용매의 함량은 리튬 이차전지용 전극의 제조시 통상적으로 사용되는 범위 내에서 선택될 수 있으며, 예컨대 고형분 함량이 10 내지 80 중량% 이하인 액상의 전극 슬러리가 수득될 수 있다.The content of the active material, binder, conductive material and solvent included in the electrode slurry may be selected within a range commonly used in the manufacture of electrodes for lithium secondary batteries, for example, a liquid electrode slurry having a solid content of 10 to 80% by weight or less can be obtained.

또한, 상기 전극 슬러리는 증점제, 충진제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 기타 첨가제의 함량은 전극의 성능을 저해하지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. In addition, the electrode slurry may further include other additives such as a thickener and a filler, and the content of these other additives may be appropriately selected within a range that does not impair the performance of the electrode.

한편, 일반적인 전극 제조의 경우에는 액상의 슬러리를 바로 전극용 집전체 상에 균일하게 도포한 후 용매를 건조하고 가압(pressing) 한다.On the other hand, in the case of manufacturing a general electrode, a liquid slurry is applied uniformly on a current collector for an electrode, and then the solvent is dried and pressed.

이에 반해, 본 발명의 전극 제조 방법은 전극 슬러리를 전극용 집전체에 도포하기에 앞서, 종이 제조 공정에서 수행되는 탈수 공정을 리튬 이차전지용 전극의 제조에 적용한 것이 특징이다.In contrast, the electrode manufacturing method of the present invention is characterized in that the dehydration process performed in the paper manufacturing process is applied to the production of the electrode for a lithium secondary battery prior to applying the electrode slurry to the current collector for the electrode.

일반적인 종이 제조의 경우에는 원료를 와이어 메쉬 형태의 초지기 위에 균일하게 도포한 후 탈수하여 시트 형태의 종이를 얻은 후, 이를 고온에 통과시켜 건조한다. 상기 초지기에 도포되는 종이 원료는 대부분이 물인 상태에서 탈수를 통해 95% 이상의 물이 제거되면서 연속적으로 롤 프레스 및 건조기로 전달될 수 있다.In the case of general paper production, raw materials are uniformly applied on a paper machine in the form of a wire mesh, dehydrated to obtain paper in the form of a sheet, and then dried by passing it through a high temperature. The paper raw material applied to the papermaking machine can be continuously transferred to the roll press and dryer while 95% or more of the water is removed through dehydration in a state where most of the paper raw material is water.

이러한 탈수 공정을 이차전지의 전극 제조에 적용하기 위해서는 초지기에 대응하는 별도의 부재가 필요하고, 그러한 부재를 통해 종이에 비해 고형분 함량이 높은 전극 슬러리로부터 고형분의 이탈을 방지하면서 탈수를 진행해야 한다.In order to apply this dehydration process to the production of secondary battery electrodes, a separate member corresponding to the paper machine is required, and through such a member, dehydration must be performed while preventing the release of solids from the electrode slurry having a higher solids content than paper.

이에, 본 발명에서는 전극 슬러리의 탈수 공정을 수행하기 위한 부재로서 다공성 기재를 사용하며, 그 위에 액상의 전극 슬러리를 도포한 후 상기 다공성 기재의 반대쪽 면으로 탈수 공정을 수행하여 전극 슬러리 중 용매를 제거한다. 이때, 전극 집전체에 도포된 액상 전극 슬러리의 도포 두께는 200 내지 500 ㎛, 예컨대 300㎛ 일 수 있다.Therefore, in the present invention, a porous substrate is used as a member for performing the dehydration process of the electrode slurry, and after applying the liquid electrode slurry thereon, a dehydration process is performed on the opposite side of the porous substrate to remove the solvent in the electrode slurry do. At this time, the coating thickness of the liquid electrode slurry applied to the current collector may be 200 to 500 μm, for example, 300 μm.

본 발명에서 탈수 공정에 사용된 다공성 기재는 폴리머, 유리 섬유, 종이, 금속 또는 세라믹 재질의 메쉬(mesh) 형태일 수 있으나, 그 형태 및 재질에 특별한 제한은 없다. 상기 폴리머로는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PES(polyethylsulfone), 나일론 등이 사용가능하고, 이들은 필요에 따라 표면처리된 형태로 사용될 수 있다.The porous substrate used in the dehydration process in the present invention may be in the form of a polymer, glass fiber, paper, metal or ceramic mesh, but there are no particular limitations on its shape and material. Polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylsulfone (PES), nylon, and the like can be used as the polymer, and these may be used in a surface-treated form if necessary.

상기 다공성 기재는 재질의 종류에 따라 기공 크기가 달라질 수 있지만, 입자 형태의 고형분을 포함하는 이차전지용 전극 슬러리의 탈수를 효율적으로 수행하기 위해서 기공의 평균 크기는 0.1 내지 20 ㎛, 예컨대 1 내지 10 ㎛의 범위일 수 있다. 상기 기공 범위를 만족할 때 다공성 기재 상에서 활물질, 바인더 및 도전재의 전극층을 이루는 물질의 통과를 억제하면서 용매만을 통과시킬 수 있어 유리하다.Although the pore size of the porous substrate may vary depending on the type of material, the average size of the pores is 0.1 to 20 μm, such as 1 to 10 μm, in order to efficiently perform dehydration of the electrode slurry for secondary batteries containing particle-type solids. may be in the range of When the above pore range is satisfied, it is advantageous that only the solvent can pass through the porous substrate while suppressing the passage of materials constituting the electrode layer of the active material, the binder, and the conductive material.

또한, 상기 다공성 기재는 기공률(porosity)이 50 내지 95%, 예컨대 70% 내지 90%의 범위일 수 있으며, 상기 기공률은 MIP(mercury intrusion porosimeter), 가스흡착법(BET) 등의 방법으로 측정될 수 있다.In addition, the porous substrate may have a porosity in the range of 50 to 95%, for example, 70% to 90%, and the porosity may be measured by a method such as mercury intrusion porosimeter (MIP) or gas adsorption method (BET). there is.

추가로, 상기 탈수 공정은 보다 신속하고 원활한 탈수를 위해서 음압(negative pressure) 상태로 압력을 낮추어 수행될 수 있다.In addition, the dehydration process may be performed by lowering the pressure to a negative pressure for more rapid and smooth dehydration.

이러한 탈수 공정에 따르면, 전극 슬러리 중 용매의 상당량, 예컨대 사용된 용매 함량의 40% 내지 80%, 상세하게는 50% 내지 70%의 수준으로 제거할 수 있으며, 이로써 이후 진행되는 전극층의 건조 시간을 단축시켜 전극의 생산성을 극대화할 수 있다.According to this dehydration process, it is possible to remove a significant amount of the solvent in the electrode slurry, for example, 40% to 80%, specifically 50% to 70% of the solvent content used, thereby shortening the drying time of the electrode layer that proceeds afterwards. By shortening the length, the productivity of the electrode can be maximized.

(S200) 전극 집전체 상에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하는 단계(S200) Applying a coating solution containing a binder on the electrode current collector

본 발명의 전극 제조 방법에서는 전극 집전체 상에 바인더를 포함하는 도공액을 도포한다 (S200). In the electrode manufacturing method of the present invention, a coating solution containing a binder is applied on the electrode current collector (S200).

상기 전극 집전체는 외부 도선에 제공되는 전자를 전극 활물질로 공급하기 위한 중간 매질 역할을 하거나 반대로 전극 반응의 결과로 생성된 전자를 모아서 외부 도선으로 흘려주는 전달자 역할을 하는 것으로서, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴 합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 알루미늄과 같은 금속으로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자일 수 있다. 또한, 상기 전극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하고, 그 두께는 3 내지 500 ㎛의 범위일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The electrode current collector serves as an intermediate medium for supplying electrons provided to the external conductor to the electrode active material or, on the contrary, serves as a transmitter to collect electrons generated as a result of the electrode reaction and flow them to the external conductor, thereby causing chemical changes in the battery It is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing it. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper; stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium or silver; aluminum-cadmium alloy; Non-conductive polymer surface treated with a conductive material; non-conductive polymer surface treated with a metal such as aluminum; or a conductive polymer. In addition, the electrode current collector may have various forms such as a film, sheet, foil, net, porous material, foam, and nonwoven fabric, and may have a thickness ranging from 3 to 500 μm, but is not limited thereto.

액상의 슬러리를 전극용 집전체에 도포하여 집전체와 결착시킨 뒤, 다시 한번 가압하여 전극을 제조하는 일반적인 전극 제조방법과 달리, 종이 제조 공정에서 수행되는 탈수 공정을 적용한 본 발명의 전극 제조방법에서는, 다공성 기재를 사용하여 이미 제조된 시트 형태의 전극층을 전극 집전체에 가압하여 전극층과 전극 집전체를 물리적으로 결착시킨다.Unlike a general electrode manufacturing method in which a liquid slurry is applied to a current collector for an electrode, bound to the current collector, and then pressurized again to manufacture an electrode, in the electrode manufacturing method of the present invention to which the dehydration process performed in the paper manufacturing process is applied, , Pressing an electrode layer in the form of a sheet already prepared using a porous substrate to the electrode current collector to physically bind the electrode layer and the electrode current collector.

이로 인해 액상 슬러리 형태에서 전극 집전체와 결착되는 일반 전극 제조방법과 달리, 종이 제조 공정에서 수행되는 탈수 공정을 사용한 전극 제조방법은 전극 제조 생산성은 향상됨에도 불구하고, 전극층과 전극 집전체의 접착력이 약해지는 단점이 있었다. 이에 바인더를 포함하는 도공액을 전극 집전체 상에 도포한 뒤 다공성 기재 상에서 형성된 전극 층에 적층시키는 방법을 고안하였다.Due to this, unlike the general electrode manufacturing method in which the electrode current collector is bound in the form of a liquid slurry, the electrode manufacturing method using the dehydration process performed in the paper manufacturing process improves the electrode manufacturing productivity, but the adhesive strength between the electrode layer and the electrode current collector There was a downside to being weak. Accordingly, a method was devised in which a coating solution containing a binder was applied onto an electrode current collector and then laminated on an electrode layer formed on a porous substrate.

상기 도공액은 전극층과 전극 집전체 간의 접착력을 향상시킬 수 있는 바인더를 1종 이상 포함할 수 있으며, 바인더를 포함하는 도공액은 바인더를 용매에 분산시키고 교반하여 수득할 수 있다. 이 때, 전극 집전체에 도포되는 바인더를 포함하는 도공액의 도포 두께는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.The coating solution may include one or more types of binder capable of improving adhesion between the electrode layer and the electrode current collector, and the coating solution including the binder may be obtained by dispersing the binder in a solvent and stirring. At this time, the coating thickness of the coating solution containing the binder applied to the electrode current collector may be 5 to 50 μm.

상기 바인더는 예컨대 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR), 불소-함유 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 바인더 고분자일 수 있다.The binder is, for example, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butyrene rubber (SBR), fluorine- It may be one or more binder polymers selected from the group consisting of containing rubber.

본 발명의 일 실시형태에서, 도공액은 상기 바인더와 용매를 혼합하여 제조하는데, 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating solution is prepared by mixing the binder and a solvent, and N-methylpyrrolidone, acetone, water, or the like can be used as the solvent.

이 때, 바인더는 도공액 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량로 포함될 수 있다. At this time, the binder may be included in an amount of 10 to 40 weight based on the total weight of the coating solution.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 도공액은 닥터 블레이드를 사용하여 전극 집전체에 도포되며, 공지의 방법을 사용하여 전극 집전체 상에 균일하게 도포할 수 있으면 충분하고 특정한 방법에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the coating solution is applied to the electrode current collector using a doctor blade, and it is sufficient if it can be uniformly applied on the electrode current collector using a known method, and is not limited to a specific method. .

(S300) 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체의 적층체를 형성한 후 추가 탈수를 위해 가압하는 단계(S300) Pressing for additional dehydration after forming a laminate of a porous substrate, an electrode layer, and an electrode current collector

본 발명의 전극 제조 방법에서는 탈수 공정 후, 상기 다공성 기재 상에 형성된 전극층에 상기 도공액이 코팅된 전극 집전체를 적층시켜 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체가 순차적으로 적층된 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 가압한다 (S300).In the electrode manufacturing method of the present invention, after the dehydration process, the electrode current collector coated with the coating solution is laminated on the electrode layer formed on the porous substrate to form a laminate in which the porous substrate, the electrode layer, and the electrode current collector are sequentially stacked, The laminate is pressed (S300).

상기 가압은 전극의 용량 밀도를 높이고 전극 집전체와 전극층 간의 접착성을 증가시키면서 전극 슬러리의 추가 탈수를 위한 과정으로, 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체가 순차적으로 적층된 상태에서 가압을 수행할 수 있다. 또한, 상기 가압은 롤 프레싱의 방식으로 수행될 수 있다.The pressurization is a process for additional dehydration of the electrode slurry while increasing the capacity density of the electrode and increasing the adhesiveness between the electrode collector and the electrode layer, and the pressurization can be performed in a state in which the porous substrate, the electrode layer, and the electrode collector are sequentially stacked. there is. In addition, the pressing may be performed by way of roll pressing.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가압은 0.05 내지 20,000 kPa, 상세하게는 0.1 내지 4,000 kPa의 압력에서 수행될 수 있으며, 상기 가압 범위를 만족할 때 전극 슬러리의 추가 탈수를 효과적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 전극의 용량 밀도를 높이고 전극 집전체와 전극층 간의 접착성을 증가시킬 수 있는 점에서 유리하다.In one embodiment of the present invention, the pressurization may be performed at a pressure of 0.05 to 20,000 kPa, specifically 0.1 to 4,000 kPa, and when the pressurization range is satisfied, additional dehydration of the electrode slurry can be effectively performed. , it is advantageous in that it can increase the capacity density of the electrode and increase the adhesion between the electrode current collector and the electrode layer.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가압은 상기 적층체의 다공성 기재 측에서 가압을 수행할 수 있으며, 이러한 경우 전극층이 다공성 기재에 비해 집전체와 접촉하는 면이 증가하여, 이후 단계에서 집전체에 접착된 전극층으로부터 다공성 기재를 쉽게 분리하여 제거할 수 있을 것으로 여겨진다.In one embodiment of the present invention, the pressing may be performed on the porous substrate side of the laminate, and in this case, the contact surface of the electrode layer with the current collector is increased compared to the porous substrate, so that the current collector is applied in a later step. It is believed that the porous substrate can be easily separated and removed from the adhered electrode layer.

(S400) 상기 다공성 기재의 분리 후 건조 단계(S400) Drying step after separation of the porous substrate

본 발명의 전극 제조 방법에서는 가압 후, 전극 슬러리의 탈수에 사용된 다공성 기재를 분리하여 제거한 후, 전극 집전체 상에 형성된 전극층을 건조하여 전극을 제조한다 (S400).In the electrode manufacturing method of the present invention, after pressing, the porous substrate used for dehydration of the electrode slurry is separated and removed, and then the electrode layer formed on the electrode current collector is dried to manufacture an electrode (S400).

상기 건조는 앞서 수행된 탈수 공정을 통해 전극 슬러리 중 상당량의 용매가 제거된 후 남아있는 용매를 제거하기 위한 공정으로서, 기존 전극 제조 시에 전극 슬러리에 포함된 모든 용매를 제거하는 건조와 구별된다. 즉, 본 발명에서는 탈수 공정을 미리 수행하였기에 기존의 전극 제조에서의 건조 공정에 비해 빠른 속도로 건조를 수행할 수 있다. 한편, 상기 건조 온도는 전극 슬러리에 포함된 용매의 종류에 따라 변할 수 있다.The drying is a process for removing the remaining solvent after a significant amount of the solvent is removed from the electrode slurry through the previously performed dehydration process, and is distinguished from drying in which all solvents included in the electrode slurry are removed during conventional electrode manufacturing. That is, in the present invention, since the dehydration process is performed in advance, drying can be performed at a faster rate than the drying process in conventional electrode manufacturing. Meanwhile, the drying temperature may vary depending on the type of solvent included in the electrode slurry.

이러한 건조 속도의 단축은 전극의 생산성을 극대활 수 있을 뿐만 아니라, 기존 전극 제조 공정에서 건조 속도를 빠르게 하기 위해서 온도를 올리거나 열풍 속도 증가함으로써 야기된 문제점, 즉 슬러리 중 바인더 성분이 표면 방향으로 이동하는 현상 및 표면만 건조되는 스키닝(skinning) 현상을 억제하여 전극 성능의 저해를 방지할 수 있다.This shortening of the drying speed not only maximizes the productivity of the electrode, but also causes problems caused by raising the temperature or increasing the hot air speed in order to speed up the drying speed in the existing electrode manufacturing process, that is, the binder component in the slurry moves toward the surface. It is possible to prevent degradation of electrode performance by suppressing a skinning phenomenon in which only the surface is dried.

상기한 바와 같이 제조된 전극은 활물질과 함께 바인더 및 도전재가 균일하게 분포될 뿐만 아니라 도전재 입자 사이의 공극 평균 크기가 감소되어, 예컨대 공극의 크기 분포가 0.005 내지 60 ㎛, 상세하게는 0.01 내지 45 ㎛ 이고 그 평균 크기가 0.25 내지 0.29 ㎛, 상세하게는 0.26 내지 0.28 ㎛인 전극이 제조될 수 있다.In the electrode manufactured as described above, the binder and the conductive material are uniformly distributed along with the active material, and the average pore size between the conductive material particles is reduced, so that the pore size distribution is, for example, 0.005 to 60 μm, specifically 0.01 to 45 μm. ㎛, and an electrode having an average size of 0.25 to 0.29 ㎛, specifically 0.26 to 0.28 ㎛ can be manufactured.

이에 따라, 본 발명의 방법으로 제조된 전극은 접착력 및 전기화학적 측면에서 우수한 전극 성능을 나타내어, 스택형, 권취형, 스택 앤 폴딩형, 케이블 형 등의 다양한 종류의 리튬 이차전지용 전극으로 유용하게 사용될 수 있다.Accordingly, the electrode manufactured by the method of the present invention exhibits excellent electrode performance in terms of adhesion and electrochemical properties, and thus can be usefully used as electrodes for various types of lithium secondary batteries such as stack type, winding type, stack and folding type, and cable type. can

예컨대, 양극, 음극, 상기 양극과 상기 음극 상에 개재되는 분리막, 및 비수 전해액을 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나는 본 발명의 제조방법으로 제조된 전극일 수 있다.For example, in a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed on the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, at least one of the positive electrode and the negative electrode may be an electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention.

상기 이차전지에서, 음극과 양극을 격리시키는 데에 사용되는 분리막은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으며, 또한 상기 다공성 기재의 적어도 일 면 상에 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 더 구비할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.In the secondary battery, the separator used to separate the negative electrode and the positive electrode can be any porous substrate commonly used in the field, for example, a polyolefin-based porous membrane or non-woven fabric can be used, In addition, a porous coating layer including inorganic particles and a binder polymer may be further provided on at least one surface of the porous substrate, but is not particularly limited thereto.

또한, 상기 비수 전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다.In addition, the non-aqueous electrolyte solution may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt is a lithium salt. As the lithium salt, those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation.

이러한 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으며, 특히 고출력이 요구되는 영역인 하이브리드 전기자동차 및 신재생 에너지 저장용 배터리 등에 유용하게 사용될 수 있다.Such a secondary battery can be used not only as a battery cell used as a power source for a small device, but also preferably used as a unit cell in a medium-large battery module including a plurality of battery cells. Preferable examples of the medium-to-large-sized device include an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage system. In particular, it is useful for hybrid electric vehicles and batteries for renewable energy storage, which are areas where high power is required. can be used

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실시예 1: 도포 공정을 적용한 음극의 제조 (SBR 10) Example 1: Preparation of negative electrode using coating process (SBR 10)

활물질로서 천연 흑연 40 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 1.2 중량%, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 1.4 중량% 및 증점제(CMC) 0.4 중량%를 나머지 양의 증류수에 첨가하여 음극 슬러리(고형분 함량: 43 중량%)를 준비하였다.40% by weight of natural graphite as an active material, 1.2% by weight of carbon black as a conductive material, 1.4% by weight of styrene-butadiene rubber as a binder, and 0.4% by weight of a thickener (CMC) were added to the remaining amount of distilled water to obtain an anode slurry (solid content) content: 43% by weight) was prepared.

바인더를 포함하는 도공액은 증류수 약 10g에 증점제(CMC) 1.2 중량%, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 10 중량%를 마그네틱 스터러로 2 시간 혼합하여 바인더 도공액을 준비하였다.A coating solution containing a binder was prepared by mixing 10 g of distilled water with 1.2 wt% of a thickener (CMC) and 10 wt% of styrene-butadiene rubber (SBR) for 2 hours using a magnetic stirrer.

도 1에 나타낸 바와 같이, 준비된 음극 슬러리를 친수성으로 표면처리된 PTFE 재질의 다공성 기재(평균 기공 크기: 1㎛) 위에 300㎛의 두께로 도포한 후, 상기 다공성 기재의 반대쪽 면으로 상온에서 탈수 공정(dewatering)을 수행하여 슬러리 중 증류수를 제거하였다. As shown in FIG. 1, after applying the prepared cathode slurry to a thickness of 300 μm on a porous substrate made of PTFE (average pore size: 1 μm) treated with a hydrophilic surface, a dehydration process at room temperature on the opposite side of the porous substrate (dewatering) was performed to remove distilled water in the slurry.

다음으로, 구리(Cu) 박막 일면에 바인더를 포함하는 도공액을 닥터 블레이드를 사용하여 10㎛두께로 코팅하였다.Next, a coating solution containing a binder was coated on one surface of a copper (Cu) thin film to a thickness of 10 μm using a doctor blade.

이어서, 상기 다공성 PTFE 기재의 슬러리가 도포된 면을 상기 도공액으로 코팅된 구리(Cu) 박막의 일면에 적층시킨 후, 상기 적층체를 가압하여 추가적인 탈수 공정을 수행하였다. 이 때, 가압은 0.1 내지 4,000 kPa의 범위에서 조절하여 수행하였다. 이러한 2회의 탈수 공정을 통해, 슬러리의 중량은 탈수 전 초기 중량의 약 65%로 감소하였다(사용된 증류수의 약 60%가 제거됨)(도 2 참조).Then, after the surface of the porous PTFE substrate coated with the slurry was laminated on one surface of the copper (Cu) thin film coated with the coating solution, an additional dehydration process was performed by pressurizing the laminate. At this time, the pressurization was performed by adjusting in the range of 0.1 to 4,000 kPa. Through these two dehydration processes, the weight of the slurry was reduced to about 65% of the initial weight before dewatering (about 60% of the distilled water used was removed) (see FIG. 2).

이후, 상기 다공성 PTFE 기재를 슬러리가 도포된 면(음극층)으로부터 분리한 후 80℃에서 건조를 수행하였으며, 건조가 완료된 시점은 약 2분 이후였다.Thereafter, the porous PTFE substrate was separated from the surface (cathode layer) to which the slurry was applied, and drying was performed at 80° C., and drying was completed after about 2 minutes.

이로써, 구리 집전체 상에 음극층이 형성된 음극을 제조하였다.Thus, a negative electrode having a negative electrode layer formed on the copper current collector was manufactured.

실시예 2: 도공액 도포 공정을 적용한 음극의 제조 (SBR 20)Example 2: Preparation of negative electrode using coating solution coating process (SBR 20)

바인더를 포함하는 도공액을 제조하는 방법에서 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 20 중량%를 첨가하여 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 음극을 제조하였다,A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20% by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) was added in the method of preparing a coating solution containing a binder.

비교예 1: 도공액 도포 공정을 적용하지 않은 음극의 제조(Dewatering)Comparative Example 1: Preparation of negative electrode without application of coating solution application process (Dewatering)

구리(Cu) 박막 일면에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 음극을 제조하였다.An anode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the coating solution containing the binder was not applied to one surface of the copper (Cu) thin film.

비교예 2: 탈수 공정이 없는 음극의 제조 (Blade coating)Comparative Example 2: Preparation of negative electrode without dehydration process (Blade coating)

활물질로서 천연 흑연 40 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 1.2 중량%, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 1.4 중량% 및 증점제(CMC) 0.4 중량%를 나머지 양의 증류수에 첨가하여 음극 슬러리(고형분 함량: 43 중량%)를 준비하였다. 이로써, 구리 집전체 상에 음극층(두께: 60 ~ 65 ㎛)이 형성된 음극을 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 두께가 10㎛의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막의 일면에 300㎛의 두께로 도포한 후 60℃에서 건조하였으며, 건조가 완료된 시점은 약 6분 이후였다.40% by weight of natural graphite as an active material, 1.2% by weight of carbon black as a conductive material, 1.4% by weight of styrene-butadiene rubber as a binder, and 0.4% by weight of a thickener (CMC) were added to the remaining amount of distilled water to obtain an anode slurry (solid content) content: 43% by weight) was prepared. Thus, a negative electrode in which a negative electrode layer (thickness: 60 to 65 μm) was formed on the copper current collector was manufactured. The negative electrode slurry was applied to a thickness of 300 μm on one surface of a copper (Cu) thin film as a negative electrode current collector having a thickness of 10 μm and dried at 60 ° C. The drying was completed after about 6 minutes.

이로써, 구리 집전체 상에 음극층(두께: 50 ~ 55 ㎛)이 형성된 음극을 제조하였다.Thus, a negative electrode in which a negative electrode layer (thickness: 50 to 55 μm) was formed on the copper current collector was manufactured.

실험예 1: 집전체와 전극의 접착력 측정Experimental Example 1: Measurement of adhesion between current collector and electrode

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 음극의 접착력의 차이를 확인하고자 90° peel test를 진행하여 기계적 물성을 정량화 하였다. In order to confirm the difference in adhesive strength of the anodes prepared according to Example 1, Example 2 and Comparative Example 1, a 90° peel test was performed to quantify mechanical properties.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 음극을 2.5cm×2.5cm의 시편으로 제작한 후, 유리 글라스 위에 양면 테이프를 이용하여 접착시킨 다음, UTM 장비(Comtech QC506B)를 사용하여 분당 3mm의 속도로 양면 테이프에서 전극을 떼어낼 때 필요한 힘, 즉 박리 강도를 측정하였다. The cathodes prepared in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 were made into specimens of 2.5 cm × 2.5 cm, adhered on glass using double-sided tape, and then, using UTM equipment (Comtech QC506B), per minute The force required to peel the electrode from the double-sided tape at a speed of 3 mm, that is, the peel strength was measured.

이 때, 전극을 구리 호일에서 떼어내는 속도인 advancing speed는 300mm/s로 설정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.At this time, the advancing speed, which is the speed at which the electrode is detached from the copper foil, was set to 300 mm/s, and the results are shown in FIG. 2.

도 2를 참조할 때, 실시예 1 내지 2에 따라 제조된 전극의 접착 성능이 비교예 1에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 바인더 도공 공정을 수행한 음극(실시예 1 내지 2)에 경우 바인더 도공액 내 스티렌 부티렌 고무(SBR) 함량이 높아짐에 따라 집전체와 전극 사이의 접착력을 크게 증가된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that the adhesive performance of the electrodes prepared according to Examples 1 and 2 is higher than that of Comparative Example 1. Specifically, in the case of the negative electrode (Examples 1 and 2) subjected to the binder coating process, as the content of styrene butyrene rubber (SBR) in the binder coating solution increased, it was confirmed that the adhesive force between the current collector and the electrode greatly increased. .

실험예 2: 전극층 내 공극률과 공극 분포Experimental Example 2: Porosity and Porosity Distribution in the Electrode Layer

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 음극에 대한 공극률 및 공극 분포를 Mercury intrusion porosimeter(MIP)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.The porosity and void distribution of the negative electrodes prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were measured using a Mercury intrusion porosimeter (MIP). The results are shown in Figure 3.

y축인 LDI는 전극 내 공극 분포를 나타낼 때 쓰는 단위로, 그 값이 높으면 공극이 많이 존재한다는 것을 의미하고, x축인 Dpore는 공극의 지름을 의미한다. 결과를 살펴보면, 100nm 단위의 공극은 분포 정도가 크게 변화가 없었으나, graphite간 공극인 1μm 단위의 공극의 경우 분포 정도가 차이를 확인할 수 있다. 구체적으로, 실시예 1(SBR10)에 공극률(%)은 (42.2 ± 1.4)% 였으며, 비교예 1(Dewatering) (41.5 ± 2.0)% 비교예 2(Blade coating)는 (47.3 ± 0.8)%로 확인할 수 있다. 이는 탈수 공정을 거쳐 구리호일에 접착시키면서 공극률이 약 5% 정도 감소한 것으로, 공극률 감소는 탭밀도(tap density)를 더 높이기 때문에 전극의 전기 화학적인 증가에도 영향을 미친다.The y-axis, LDI, is a unit used to indicate the pore distribution in the electrode. A high value means that there are many pores, and the x-axis, D pore , means the diameter of the pores. Examining the results, there was no significant change in the degree of distribution in the voids in the unit of 100 nm, but in the case of the voids in the unit of 1 μm, which are voids between graphites, a difference in the degree of distribution can be confirmed. Specifically, the porosity (%) of Example 1 (SBR10) was (42.2 ± 1.4)%, Comparative Example 1 (Dewatering) (41.5 ± 2.0)%, Comparative Example 2 (Blade coating) was (47.3 ± 0.8)% You can check. This means that the porosity decreased by about 5% while being bonded to the copper foil through the dehydration process. Since the porosity reduction increases the tap density, it also affects the electrochemical increase of the electrode.

실험예 3: 용량 및 수명 성능 평가Experimental Example 3: Evaluation of capacity and lifetime performance

실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 음극이 포함된 리튬 이차전지 셀을 제조하고, 충전 0.1C, 방전 0.1C, 30℃조건 하에서 용량 및 수명 성능을 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.Lithium secondary battery cells including negative electrodes prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared, and capacity and life performance were measured under charging 0.1C, discharging 0.1C, and 30 °C conditions. The results are shown in FIG. 4 .

도 4를 참조할 때, 초기 비방전 용량은 실시예 1(SBR10), 비교예 1(Dewatering), 비교예 2(Blade coating)로 제조된 리튬 이차전지 순으로 높게 측정되었고, 충방전을 지속할수록 실시예 1의 음극이 사용된 전지 셀의 수명 성능이 더 양호한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, the initial specific discharge capacity was measured in the order of Example 1 (SBR10), Comparative Example 1 (Dewatering), and Comparative Example 2 (Blade coating). It can be seen that the lifespan performance of the battery cell using the negative electrode of Example 1 is better.

즉, 도공 공정을 수행하여 제조한 실시예 1의 전극은 접착력이 향상되었을 뿐만 아니라, 비교예 1 내지 2의 전극에 비해 전기 화학적 성능이 우수함을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the electrode of Example 1 prepared by performing the coating process not only has improved adhesive strength, but also has excellent electrochemical performance compared to the electrodes of Comparative Examples 1 and 2.

Claims (10)

(S100) 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 다공성 기재의 일면에 도포한 후, 상기 다공성 기재의 반대쪽 면으로 탈수 공정(dewatering)을 수행하여 전극층을 형성하는 단계;
(S200) 전극 집전체 상에 바인더를 포함하는 도공액을 도포하는 단계;
(S300) 상기 다공성 기재 상에 형성된 전극층에 상기 전극 집전체를 적층시켜 다공성 기재, 전극층 및 전극 집전체가 순차적으로 적층된 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 가압하여 추가 탈수를 수행하는 단계; 및
(S400) 상기 다공성 기재를 전극층으로부터 분리한 후 집전체 상에 형성된 전극층을 건조하는 단계를 포함하는,
전극 제조 방법.
(S100) forming an electrode layer by applying an electrode slurry containing an active material, a binder, a conductive material and a solvent to one side of a porous substrate, and then performing a dewatering process on the opposite side of the porous substrate;
(S200) applying a coating solution containing a binder on the electrode current collector;
(S300) laminating the electrode current collector on the electrode layer formed on the porous substrate to form a laminate in which the porous substrate, the electrode layer, and the electrode current collector are sequentially stacked, and pressurizing the laminate to perform additional dehydration; and
(S400) comprising the step of separating the porous substrate from the electrode layer and drying the electrode layer formed on the current collector,
electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HEP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 스티렌 부티렌 고무(SBR), 불소-함유 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인,
전극 제조 방법.
According to claim 1,
The binder is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HEP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, poly Vinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, styrene butyrene rubber (SBR), fluorine-containing At least one selected from the group consisting of rubber,
electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 바인더는 도공액 총 중량을 기준으로 10 내지 40 중량로 포함되는 것인,
전극의 제조 방법.
According to claim 1,
The binder is included in 10 to 40 weight based on the total weight of the coating solution,
Method for manufacturing electrodes.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재는 폴리머, 유리 섬유, 종이, 금속 또는 세라믹 재질의 메쉬 형태인,
전극 제조 방법.
According to claim 1,
The porous substrate is in the form of a mesh of polymer, glass fiber, paper, metal or ceramic material,
electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 탈수 공정은 음압(negative pressure)으로 감압하여 수행되는 것인,
전극 제조 방법.
According to claim 1,
The dehydration process is carried out by reducing the pressure to negative pressure,
electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 도공액은 5 내지 50 ㎛로 도포되는 것인,
전극 제조 방법.
According to claim 1,
The coating solution is applied at 5 to 50 μm,
electrode manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 활물질은 리튬 이차전지용 양극 활물질 또는 음극 활물질인,
전극 제조 방법.
According to claim 1,
The active material is a positive electrode active material or a negative electrode active material for a lithium secondary battery,
electrode manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, 및 LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0≤x<0.5, 0≤y<0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는,
전극 제조 방법.
According to claim 7,
The cathode active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are each independently Al, Ni, Co, Fe, It is any one selected from the group consisting of Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo, and x, y and z are independently atomic fractions of oxide composition elements, 0≤x<0.5, 0≤y< 0.5, 0≤z<0.5, 0<x+y+z≤1) comprising any one active material particle selected from the group consisting of or a mixture of two or more of them,
electrode manufacturing method.
제8항에 있어서,
상기 음극 활물질은 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는,
전극 제조 방법.
According to claim 8,
The negative electrode active material is natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material; lithium-containing titanium composite oxide (LTO), metals (Me) that are Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; alloys composed of the metals (Me); an oxide (MeOx) of the metal (Me); And any one active material particle selected from the group consisting of a composite of the metal (Me) and carbon, or a mixture of two or more thereof,
electrode manufacturing method.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되며, 전극 내 포함된 공극 크기 분포가 0.005 내지 60 ㎛ 이고 공극 평균 크기가 0.25 내지 0.29 ㎛인 전극.

An electrode manufactured by the method according to any one of claims 1 to 9, wherein the pore size distribution included in the electrode is 0.005 to 60 μm and the average pore size is 0.25 to 0.29 μm.

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