KR101579578B1 - 전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자 - Google Patents

전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자에 관한 것이다. 본 발명의 전극의 제조방법은, (S1) 제 1 바인더가 용매에 용해된 제 1 바인더 용액에 제 1 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 1 슬러리를 제조하는 단계; (S2) 제 2 바인더가 용매에 용해된 제 2 바인더 용액에 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 2 슬러리를 제조하는 단계; (S3) 상기 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 층의 형태로 순차적으로 도포하는 단계 또는 (S3) 상기 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 구분된 구획으로 서로 독립적으로 도포하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)의 결과물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 서로 다른 성분의 활물질들을 다수 선별하여 집전체에 도포할 수 있고, 서로 비혼화성이지만 성능 면에서 상호보완 또는 상승적인 활물질들을 효육적으로 집전체에 적용할 수 있는 전극을 제조할 수 있다.

Description

전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자{PREPARATION METHOD OF ELECTRODE, ELECTRODE FORMED THEREFROM, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
상기와 같은 전기화학 소자는 지속적인 연구에 의해 양극 활물질과 음극 활물질로서 그의 여러 성능이 크게 개선된 다양한 특성의 것들이 개발되어 왔으며, 이러한 다양한 종류의 활물질들은 각 활물질의 개선된 특성을 조합하여 우수한 전지 특성이 발휘되도록 통상적으로 2종 이상 혼합된 입자의 형태로 사용되고 있다. 그러나, 2종 이상의 활물질 입자들의 혼합 공정에서, 그의 표면적, 입자 크기 등의 이유로 균일하게 섞이지 않는 등의 어려움이 존재한다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이며, 다수의 원하는 특성의 전극 활물질들을 서로 혼합하지 않고서 개별적으로 집전체에 적용하는 전극의 제조방법, 이로부터 형성된 전극 및 이를 구비한 전기화학 소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 전극의 제조방법은, (S1) 제 1 바인더가 용매에 용해된 제 1 바인더 용액에 제 1 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 1 슬러리를 제조하는 단계; (S2) 제 2 바인더가 용매에 용해된 제 2 바인더 용액에 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 2 슬러리를 제조하는 단계; (S3) 상기 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 층의 형태로 순차적으로 도포하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)의 결과물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전극의 제조방법은, (S1) 제 1 바인더가 용매에 용해된 제 1 바인더 용액에 제 1 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 1 슬러리를 제조하는 단계; (S2) 제 2 바인더가 용매에 용해된 제 2 바인더 용액에 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 2 슬러리를 제조하는 단계; (S3) 상기 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 구분된 구획으로 서로 독립적으로 도포하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)의 결과물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전극은, (a) 집전체; (b) 상기 집전체의 적어도 일면에 코팅되어 있으며, 제 1 전극 활물질 입자들이 제 1 바인더에 의해 결착된 제 1 전극 활물질층; 및 (c) 상기 제 1 전극 활물질층 위에 코팅되어 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 입자들과 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들이 제 2 바인더에 의해 결착된 제 2 전극 활물질층을 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전극은, (a) 집전체; (b) 상기 집전체 표면의 제 1 구획에 코팅되어 있으며, 제 1 전극 활물질 입자들이 제 1 바인더에 의해 결착된 제 1 전극 활물질층; 및 (c) 상기 제 1 구획과 구분된 상기 집전체 표면의 제 2 구획에 코팅되어 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 입자들과 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들이 제 2 바인더에 의해 결착된 제 2 전극 활물질층을 구비한다.
본 발명의 방법에 따르면, 서로 다른 특성의 활물질들을 다수 선별하여 집전체에 도포할 수 있고, 서로 비혼화성이지만 전지 성능 면에서 상호보완 또는 상승적인 활물질들을 효율적으로 집전체에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실시하는 전극의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 실시하는 전극의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 개략적 전극의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 개략적 전극의 평면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따라 다음과 같이 전극을 제조할 수 있다.
먼저, 제 1 바인더가 용매에 용해된 제 1 바인더 용액에 제 1 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 1 슬러리를 제조한다(S1 단계). 즉, 원하는 전극 활물질에 대해 적합한 바인더를 용매에 투입하여 용해시켜 바인더 용액을 생성시킨다. 그 다음, 생성된 바인더 용액에 상기 원하는 전극 활물질 입자들을 첨가하고, 이 혼합물은 다시 믹서를 사용하는 교반 등의 방법에 의해 상기 전극 활물질 입자들을 바인더 용액에 균일하게 분산시켜 슬러리를 제조한다. 이렇게 제조된 슬러리는 제 1 슬러리로서 지칭하며, 이는 이후 제조되는 제 2 슬러리와 구분되는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 제조방법에서, 본 발명의 전극 활물질(즉, 양극 활물질 및 음극 활물질) 및 집전체(즉, 양극 집전체 및 음극 집전체)는 특별히 제한되지 않으며, 이들은 당업계에 알려진 통상적인 방법 또는 그의 변형된 방법에 따라 준비할 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물 또는 1종 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x 는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 니켈사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, x = 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하며, 상기와 같은 종류들이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 양극 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질 입자에는 도전재가 추가로 혼합될 수 있다. 이러한 도전재는 예컨대 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 양극 활물질 입자와 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 예를 들어 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 용매의 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이러한 용매들은 집전체 표면에 대해 소망하는 수준으로 슬러리 도포 층이 만들어질 수 있도록 적정한 수준의 점도를 제공한다.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질 입자를 도포 및 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 도전재, 바인더, 용매 등과 같은 성분들이 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 제 2 바인더가 용매에 용해된 제 2 바인더 용액에 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 2 슬러리를 제조한다(S2 단계). 이 단계는 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 S1 단계와 유사하거나 동일한 공정 절차를 사용할 수 있으며, 상기 S1 단계에서 예시된 도전재, 바인더 및/또는 용매를 선택하여 사용할 수 있다.
따라서, 이 단계를 통하여 제 1 전극 활물질 입자(이를 포함하는 제 1 슬러리)와 다른 특성을 갖는 제 2 전극 활물질 입자의 제 2 슬러리가 생성될 수 있고 이러한 서로 다른 특성의 2종의 슬러리가 개별적으로 전극 집전체에 도포됨으로써, 종래기술에서와 같이 2종 이상의 혼합 형태의 슬러리에서의 혼화성 문제가 초래되지 않고서 전극에서 요구되는 각각의 특정 성질을 갖는 전극 활물질을 큰 제한없이 전극에 함유시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 S1 단계 및 S2 단계는 별도의 슬러리를 제조하는 각 단계로서 제 1 및 제 2 슬러리를 제조할 수 있으며, 그 순서는 중요하지 않다. 즉, 상기 S1 단계 및 S2 단계의 순서는 바뀔 수 있다.
그 다음, 상기 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체에 개별적으로 적용함으로써 각 고유 특성을 갖는 전극 활물질 입자의 층 또는 구획을 생성시키게 된다(S3 단계).
예컨대, 본 발명의 일 실시양태에 따라, 상기 S2 단계에서 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 층의 형태로 순차적으로 도포한다.
슬러리의 도포는 슬롯 다이 코팅, 슬라이드 코팅, 커튼 코팅 등 다양한 방법을 이용하여 연속적으로 또는 비연속적으로 수행할 수 있다. 특히, 생산성 측면에서 도포는 연속적으로 또는 동시에 개별적으로 수행하는 것이 바람직한데, 그 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조한 일 실시양태에 따르면, 슬러리의 도포를 수행하기 위하여 2개의 슬롯(3a,3b)을 갖는 다이(1)가 이용될 수 있다. 제 1 슬롯(3a)을 통해 제 1 슬러리(7)가 공급되고, 제 2 슬롯(3b)을 통해 제 2 슬러리(5)가 공급된다. 회전하는 롤러에 집전체(9)가 공급되면, 진행하는 집전체(9) 위에 제 1 슬러리(7)가 도포되고, 이어서 제 1 슬러리(7) 위에 제 2 슬러리(5)가 도포된다.
이러한 S3 단계의 다른 실시양태에서, 상기 S3 단계에서 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 구분된 구획으로 서로 독립적으로 도포할 수 있다.
이와 관련하여 도 2를 참고하면, 도 1의 다이(1)의 형태가 변형된 공정으로서, 변형된 다이(2)의 2개의 슬롯(3c,3d)을 통해 집전체(9) 표면의 구분된 구획에 제 1 슬러리(7) 및 제 2 슬러리(5)가 서로 독립적으로 도포될 수 있다.
다른 실시양태에서, 앞서 언급한 2개의 슬롯(3a,3b 또는 3c,3d)과 더불어 다수의 추가 슬롯, 예컨대 제 3 슬롯, 제 4 슬롯 등이 다이(1,2)에 추가로 구성될 수 있다(도면에 제시하지 않음). 따라서, 상기 1종의 제 2 슬러리 이외에, 상기 추가 슬롯(들)을 통해 추가의 제 2 슬러리(들)가 집전체(9) 위에 순차적으로 층의 구조로 또는 독립적으로 구분된 구획으로 적층 또는 도포될 수 있다.
최종적으로, 상기 (S3)의 결과물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함한다. 용매는 건조시킴으로써 제거될 수 있다(S4 단계). 집전체 위에 도포된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리, 즉 (S3)의 결과물은 건조기 등을 사용함으로써 동시에 또는 개별적으로 건조시켜 용매를 제거하여 전극 조립체를 수득한다. 구체적으로, 이러한 (S3)의 결과물은 집전체 위에 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리가 순차적으로 적층된 구조 또는 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리가 구분된 구획으로 서로 독립적으로 도포된 구조이다. 이를 건조기 등에 통과시키면, 전자의 경우는 제 1 슬러리 위에 코팅된 제 2 슬러리가 먼저 열 또는 열풍의 영향을 받게 되므로, 외곽부에 코팅된 제 2 슬러리 내의 용매가 제 1 슬러리 내의 용매보다 먼저 건조될 것이다. 후자의 경우는 동일 평면에 제 1 슬러리와 제 2 슬러리가 도포되어 있으므로 거의 동시에 건조될 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전극은, (a) 집전체; (b) 상기 집전체의 적어도 일면에 코팅되어 있으며, 제 1 전극 활물질 입자들이 제 1 바인더에 의해 결착된 제 1 전극 활물질층; 및 (c) 상기 제 1 전극 활물질층 위에 코팅되어 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 입자들과 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들이 제 2 바인더에 의해 결착된 제 2 전극 활물질층을 구비한다.
이와 같은 전극의 일 실시양태는 도 3a 및 3b의 단면도에 개략적으로 제시한다. 제 1 슬러리(7) 및 제 2 슬러리(5a)가 집전체(9) 위에 적층, 건조 및 형성되어 있는, 제 1 전극 활물질 입자층(37) 및 제 2 전극 활물질 입자층(35)을 순차적 층의 구조로 구비하는 전극 조립체를 형성한다(도 3a). 제 1 전극 활물질 입자층(37) 및 1종 또는 그 이상의 제 2 전극 활물질 입자층(35,35a)이 집전체(9) 위에 순차적으로 적층되어 전극 조립체를 형성할 수 있다(도 3b).
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 전극은, (a) 집전체; (b) 상기 집전체 표면의 제 1 구획에 코팅되어 있으며, 제 1 전극 활물질 입자들이 제 1 바인더에 의해 결착된 제 1 전극 활물질층; 및 (c) 상기 제 1 구획과 구분된 상기 집전체 표면의 제 2 구획에 코팅되어 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 입자들과 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들이 제 2 바인더에 의해 결착된 제 2 전극 활물질층을 구비한다.
이러한 전극의 다른 실시양태는 도 4a 및 4b의 평면도에 개략적으로 제시한다. 제 1 슬러리(7) 및 제 2 슬러리(5a)가 집전체(9) 위에 건조 및 형성되어 있는, 제 1 전극 활물질 입자층(47) 및 제 2 전극 활물질 입자층(45)을 서로 독립적으로 구분된 구획에 도포되어 전극 조립체를 형성한다(도 4a). 제 1 전극 활물질 입자층(47) 및 1종 또는 그 이상의 제 2 전극 활물질 입자층(45,45a)이 집전체(9) 위에 독립적으로 구분된 구획에 도포되어 전극 조립체를 형성할 수 있다(도 4b).
따라서, 순차적으로 적층되는 제 1 슬러리의 도포 및 이어지는 제 2 슬러리의 도포에 의해 각 특성을 갖는 활물질 입자의 층들이 형성될 수 있다. 또한, 독립적으로 구분된 구획에서 실시되는 제 1 슬러리의 도포 및 제 2 슬러리의 도포는 각 특성을 갖는 활물질 입자들이 각 구획에 도포되어서 그 활물질의 각 고유 기능을 발현할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 이종(異種)의 전극들, 즉 양극과 음극은 그 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취하거나 라미네이팅함으로써 전기화학 소자를 제조할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 세퍼레이터의 다공성 기재로는 다양한 고분자로 형성된 다공성 막이나 부직포 등 예컨대 전기화학 소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하다. 예를 들어 전기화학 소자 특히, 리튬 이차전지의 세퍼레이터로 사용되는 폴리올레핀계 다공성 막이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이루어진 부직포 등을 사용할 수 있으며, 그 재질이나 형태는 목적하는 바에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들어 폴리올레핀계 다공성 막은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성할 수 있으며, 부직포 역시 폴리올레핀계 고분자 또는 이보다 내열성이 높은 고분자를 이용한 섬유로 제조될 수 있다. 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 ㎛이고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95%인 것이 바람직하다.
본 발명의 전기화학 소자에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차전지, 이차전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등일 수 있다. 특히, 상기 이차전지 중 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (12)

  1. (S1) 제 1 바인더가 용매에 용해된 제 1 바인더 용액에 제 1 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 1 슬러리를 제조하는 단계;
    (S2) 제 2 바인더가 용매에 용해된 제 2 바인더 용액에 상기 제 1 전극 활물질 입자와 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들을 분산시켜 제 2 슬러리를 제조하는 단계;
    (S3) 상기 제조된 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리를 집전체의 적어도 일면에 구분된 구획으로 서로 독립적으로 도포하는 단계; 및
    (S4) 상기 (S3)의 결과물로부터 용매를 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 (S3)에서 상기 구분된 구획은 집전체의 적어도 일면을 면분할하여 제1 슬러리가 도포 되는 제1 구획 및 제2 슬러리가 도포되는 제2 구획이 구분되도록 한 것인, 전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자가 양극 활물질 입자이고, 상기 집전체가 양극용 집전체인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 양극 활물질 입자가 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 또는 리튬 니켈 산화물(LiNiO2)의 층상 화합물 또는 1종 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x 는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3 또는 LiMnO2의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5 또는 Cu2V2O7의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 니켈사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, x = 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리에 서로 독립적으로 도전재를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법,
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자가 음극 활물질 입자이고, 상기 집전체가 음극용 집전체인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 음극 활물질 입자가 난흑연화 탄소 또는 흑연계 탄소의 탄소; LixFe2O3(0=x=1), LixWO2(0=x=1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x=1; 1=y=3; 1=z=8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 또는 Bi2O5의 산화물; 폴리아세틸렌의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  7. 제 1 항 있어서,
    상기 제 1 바인더 및 제 2 바인더가 서로 독립적으로 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  8. (a) 집전체;
    (b) 상기 집전체 표면의 제 1 구획에 코팅되어 있으며, 제 1 전극 활물질 입자들이 제 1 바인더에 의해 결착된 제 1 전극 활물질층; 및
    (c) 상기 제 1 구획과 구분된 상기 집전체 표면의 제 2 구획에 코팅되어 있으며, 상기 제 1 전극 활물질 입자들과 다른 성분의 제 2 전극 활물질 입자들이 제2 바인더에 의해 결착된 제 2 전극 활물질층을 구비하며,
    여기에서, 상기 제1 구획 및 제2 구획은 집전체의 표면을 면분할하여 제1 전극 활물질층이 형성된 제1 구획 및 제2 전극 활물질층이 형성된 제2 구획이 구분되도록 한 것인, 전극.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자가 양극 활물질 입자이고, 상기 집전체가 양극용 집전체인 것을 특징으로 하는 전극.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극 활물질 입자가 음극 활물질 입자이고, 상기 집전체가 음극용 집전체인 것을 특징으로 하는 전극.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (S3)은 집전체의 적어도 일면을 2개의 구획으로 균등 면분할하여 제1 구획 및 제2 구획으로 구분하고, 상기 제1 구획에는 제1 슬러리가 도포되고, 제2 구획에는 제2 슬러리가 도포되며, 상기 제1 슬러리 도포 영역과 제2 슬러리 도포 영역은 제1 구획과 제2 구획간 경계에 의해 구분되는 것인 전극의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 구획 및 제2 구획은 집전체의 표면을 2개의 구획으로 균등 면분할하여 구분되며, 상기 제1 구획에는 제1 전극 활물질층이 형성되고, 제2 구획에는 제2 전극 활물질층이 형성되며, 상기 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층은 상기 제1 구획과 제2 구획간 경계에 의해 구분되는 것인, 전극.
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