KR101953804B1 - System for manufacturing lithium secondary battery anode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 롤투롤(roll to roll)부, 멀티 노즐을 갖는 전기분무(e-spraying)부, 슬롯다이(slot-die)부 포함하고, 멀티 노즐에 의한 전기 분무시 분무되는 유량을 제어 가능함으로써 음극 제조시 필요에 따라 박막의 두께를 자유롭게 조절할 수 있으며, 이를 통해 제조되는 음극의 두께 균일도 및 증착 효율성을 향상시켜 음극의 대량생산 및 상기 음극을 채용하는 리튬이차전지의 사이클 특성 향상이 가능하다.The present invention relates to a lithium secondary battery anode manufacturing system, and more particularly, to a lithium secondary battery anode manufacturing system including a roll to roll unit, an e-spraying unit having a multi-nozzle, and a slot- The thickness of the thin film can be freely adjusted as needed during the manufacture of the negative electrode by controlling the flow rate of the atomized sprayed by the multi-nozzle, thereby improving the thickness uniformity of the negative electrode and the deposition efficiency, It is possible to improve the cycle characteristics of the lithium secondary battery employing the lithium secondary battery.

Description

리튬이차전지 음극 제조 시스템{SYSTEM FOR MANUFACTURING LITHIUM SECONDARY BATTERY ANODE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a lithium secondary battery cathode manufacturing system,

본 발명은 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 공급, 회수 및 이송하기 위한 롤투롤(roll to roll)부, 멀티 노즐을 갖는 전기분무(e-spraying)부, 슬롯다이(slot-die)부 포함하고, 전기 분무시 분무되는 유량이 노즐별로 제어되는 멀티 노즐에 의해 음극 제조시 필요에 따라 박막의 두께를 자유롭게 조절가능하여 제조되는 음극의 두께 균일도 및 증착 효율성을 향상시켜 음극의 대량생산이 가능한 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium secondary battery anode manufacturing system, and more particularly, to a lithium secondary battery cathode manufacturing system including a roll to roll unit for supplying, recovering and transporting a substrate, an e-spraying unit having a multi- the thickness of the thin film can be freely adjusted according to the necessity in the manufacture of the negative electrode by the multi-nozzle in which the flow rate of the atomized spray is controlled on the nozzle-by-nozzle basis, thereby improving the thickness uniformity of the negative electrode and the deposition efficiency To a lithium secondary battery anode manufacturing system capable of mass production of a cathode.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified.

전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Electrochemical devices have attracted the greatest attention in this respect, among which the development of rechargeable secondary batteries has become a focus of attention. In recent years, in order to improve the capacity density and specific energy in developing such batteries, And research and development on the design of the battery.

리튬이차전지는 리튬 금속을 이용한 이차전지뿐만 아니라 리튬이온, 리튬폴리머, 리튬이온폴리머 이차전지를 포함하는 광의의 개념으로서, 높은 전압과 높은 에너지 밀도를 가지고 있다.Lithium secondary batteries are not only a secondary battery using lithium metal but also a lithium ion, a lithium polymer, and a lithium ion polymer secondary battery, and have high voltage and high energy density.

리튬이차전지의 음극은 탄소계 재료 위주로 개발되어 왔다. 탄소계 음극 활물질은 구조적으로 리튬 이온이 탄소 층 사이로 가역적으로 삽입, 탈리할 수 있다. 탄소계 음극 활물질은 높은 용량을 갖는 장점이 있으며, 산화 환원전위가 낮기 때문에 탄소계를 음극으로 사용하면 높은 전위를 갖는다.The negative electrode of a lithium secondary battery has been mainly developed with a carbon-based material. The carbonaceous anode active material can structurally reversibly insert and desorb lithium ions between carbon layers. The carbonaceous anode active material has a high capacity and has a high potential when a carbon-based cathode is used because of its low oxidation-reduction potential.

이러한 탄소계 물질은 통상 코터(coater)를 이용한 방법으로 도포되고 있다.These carbon-based materials are usually applied by a method using a coater.

그러나, 기존 코터를 이용한 음극 형성 방법은 코팅의 균일도가 현저히 떨어지고, 기판이나 노즐의 움직임 없이는 균일한 코팅면을 얻기가 힘들다.However, the uniformity of the coating is considerably lowered in the negative electrode formation method using the existing coater, and it is difficult to obtain a uniform coated surface without moving the substrate or the nozzle.

리튬이차전지의 성능 향상은 양극, 음극 및 전해질의 성능향상에 의하여 가능한 바, 음극의 두께 균일도 확보를 위한 방안 등 리튬이차전지의 성능향상을 위한 꾸준한 연구가 필요한 실정이다.The performance of the lithium secondary battery is improved by improving the performance of the anode, the cathode, and the electrolyte, and a method for securing the uniformity of the thickness of the cathode is required to steadily study the performance of the lithium secondary battery.

국내공개특허공보 제10-2010-0042345호Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0042345 국내공개특허공보 제10-2011-0085611호Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0085611 국내공개특허공보 제10-2015-0132418호Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0132418

본 발명은 종래 리튬이차전지 음극 제조 시스템의 문제를 해결하기 위하여, 롤투롤(roll to roll)부, 멀티 노즐을 갖는 전기분무(e-spraying)부, 슬롯다이(slot-die)부의 구성을 포함하는 신규한 리튬이차전지 음극 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problem of the conventional lithium secondary battery anode manufacturing system, the present invention includes a roll-to-roll unit, an e-spraying unit having a multi-nozzle, and a slot-die unit And an object of the present invention is to provide a novel lithium secondary battery anode manufacturing system.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, In order to solve the above problems,

집전체가 형성된 기판을 공급, 회수 및 이송하기 위한 롤투롤(roll to roll)부;A roll-to-roll portion for feeding, collecting and transporting the substrate on which the current collector is formed;

상기 기판 상에 음극활물질 조성물을 전기분무하여 음극활물질층을 형성하기 위한 전기분무(e-spraying)부;An e-spraying unit for forming a negative electrode active material layer by electrospinning the negative electrode active material composition on the substrate;

상기 기판 상에 상기 음극활물질 조성물을 슬롯다이코팅하여 음극활물질층을 형성하기 위한 슬롯다이(slot-die)부; 및A slot-die for forming a negative electrode active material layer on the substrate by slot-die coating the negative electrode active material composition; And

상기 음극활물질층이 형성된 기판을 건조하기 위한 건조부; 를 포함하는 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)을 제공한다.A drying unit for drying the substrate on which the anode active material layer is formed; (10) for manufacturing a lithium secondary battery cathode.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 롤투롤부(100)는, 상기 집전체가 형성된 기판(250)에 음극활물질 코팅층을 형성하기 위하여 상기 집전체가 형성된 기판을 공급하여 상기 전기분무부(200), 슬롯다이부(300) 및 건조부(400)를 통과하여 이송시킨 후 기판을 회수하는 연속 공정 시스템으로 구성된다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the rolled roll part 100 may be formed by supplying a substrate on which the current collector is formed to form a negative electrode active material coating layer on the substrate 250 on which the current collector is formed, And a continuous process system in which the substrate is recovered after passing through the electrospray part 200, the slot die part 300, and the drying part 400.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 롤투롤부(100)는 공급롤(loading roll), 및 회수롤(unloading roll)을 포함하여 2개 이상의 롤을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the roll roll portion 100 is characterized in that it includes two or more rolls including a loading roll and an unloading roll .

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 전기분무법은 물에 친화적인 용제에 의해 분산된 나노소재 혼합물을 아주 작은 방울(droplet)로 피착물의 표면에 방사(spray)하는 방식으로, 이러한 작은 방울들은 가습기에서 분출되는 수증기처럼 중력에 영향을 크게 받지 않기 때문에 넓은 표면에 나노소재의 뭉침(aggregation)없이, 동시에 즉각적으로 균일한 두께의 나노입자 박막을 형성할 수 있다.In the lithium secondary battery cathode manufacturing system (10) of the present invention, the electrospray method is a method of spraying a nanomaterial mixture dispersed by a water-friendly solvent in a very small droplet on the surface of a substrate These small droplets are not as strongly influenced by gravity as the water vapor from the humidifier, so they can instantaneously form uniformly thick nanoparticles at the same time without agglomeration of nanomaterials on large surfaces.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 있어서, 상기 전기분무부(200)는, 음극활물질 조성물(360)을 상기 집전체가 형성된 기판(250) 상에 전기분무 공정을 통하여, 균일한 두께의 제 1 나노 입자 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery negative electrode manufacturing system of the present invention, the atomizing electrode assembly 200 includes an anode active material composition 360 formed on the substrate 250 on which the current collector is formed through an electrospray process, 1 nanoparticle thin film.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 있어서, 상기 전기분무부(200)는, In the lithium secondary battery cathode manufacturing system of the present invention, the electrospray unit (200)

음극활물질 조성물(360)을 저장하는 뱅크(220);A bank 220 for storing the negative electrode active material composition 360;

상기 뱅크와 연결되어 음극활물질 조성물을 분무하는 분무 노즐(230); 및A spray nozzle 230 connected to the bank to spray the negative electrode active material composition; And

상기 분무 노즐에 전압을 인가하는 전압 공급 장치(240); 를 포함한다. A voltage supplier 240 for applying a voltage to the spray nozzle; .

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 전기분무부(200)에서는 0.1 내지 10 kV의 전압을 인가한 상태에서 상기 분무 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리를 10 내지 50 cm로 유지한 채 10 내지 25 ul/min의 분사 속도로 2 내지 5ml 의 음극활물질 조성물(360)을 액적 상태로 상기 기판(250) 상에 증착시키는 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the distance between the atomizing nozzle 230 and the substrate 250 is set to 10 And then depositing 2 to 5 ml of the negative electrode active material composition 360 on the substrate 250 in a droplet state at an injection rate of 10 to 25 μl /

일례로, 인가 전압은 고전압이 바람직하며, 구체적으로 0.1 내지 10 kV의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 5 kV일 수 있다. 이때, 인가 전압이 0.1 kV 미만이면, 분산액 입자의 분산이 어려워 균일한 막을 얻기 어려울 수 있고, 반대로 10 kV를 초과하면 분사되는 분산액의 각이 커지게 되어 증착효율이 감소하고 분산액의 손실이 커지는 문제가 있다.In one example, the applied voltage is preferably a high voltage, specifically in the range of 0.1 to 10 kV, and preferably about 5 kV. If the applied voltage is less than 0.1 kV, it is difficult to obtain a uniform film because dispersion of the dispersion particles is difficult. On the other hand, if the applied voltage is more than 10 kV, the angle of the dispersed liquid becomes large, .

일례로, 분산액의 분사량은 2 내지 5 ㎖인 것이 바람직하고, 이의 분사속도는 10 내지 25 ㎕/min인 것이 바람직하다. 이때, 분산액의 분사량이 2 ㎖ 미만이면 분사되는 양이 충분하지 않아 균일한 음극박막이 얻어지지 않을 수 있고, 반면에 5 ㎖를 초과하면 필요 이상의 분산액을 사용하게 되어 제조비용 상승을 초래할 수 있다.For example, the spray amount of the dispersion liquid is preferably 2 to 5 ml, and the spraying speed thereof is preferably 10 to 25 μl / min. If the spray amount of the dispersion is less than 2 ml, the sprayed amount may not be sufficient and a uniform cathode thin film may not be obtained. On the other hand, if the spray amount is more than 5 ml, unnecessary dispersion may be used.

또한, 일례로, 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리(D)는 10 내지 50 ㎝인 것이 바람직하며, 이는 인가 전압을 고려하여 결정될 수 있다. 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리(D)가 10 ㎝ 미만이면, 기판(250)의 요철에 대한 공정 변화가 크며, 반대로 50 ㎝를 초과하면 인가 전압이 높아지는 단점이 있다.In addition, for example, the distance D between the nozzle 230 and the substrate 250 is preferably 10 to 50 cm, which can be determined in consideration of the applied voltage. If the distance D between the nozzle 230 and the substrate 250 is less than 10 cm, there is a disadvantage in that the process variation with respect to the concavity and convexity of the substrate 250 is large, and when the distance D is more than 50 cm,

본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서 이와 같은 전기분무 원리를 이용한 제 1 음극 박막의 제조는 진공 및 대기압 하에서 수행될 수 있다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the first negative electrode thin film using the electrospray principle can be performed under a vacuum and an atmospheric pressure.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 슬롯다이부(300)에서는 상기 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)을 상기 기판(250) 상에 슬롯다이코팅하는 공정을 수행하여 균일한 두께의 제 2 나노 입자 박막을 형성하는 공정이 수행되는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the slot die portion 300 may be formed by performing a slot die coating process on the anode active material composition 360 of the lithium secondary battery, And a step of forming a second nanoparticle thin film of one thickness is performed.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 슬롯다이코팅법은 리튬이차전지의 코팅 공정에 가장 널리 사용되는 코팅 기술로서 대면적의 코팅에 매우 용이하며, 음극활물질 조성물과 같은 코팅액을 코팅하는데 매우 적합하다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the slot die coating method is a coating technique most widely used in the coating process of a lithium secondary battery, and is very easy to coat a large area. In a coating solution such as a negative electrode active material composition Lt; / RTI >

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 전기분무부(200)는, 상기 음극활물질 조성물을 저장하는 뱅크에 장착되어 상기 음극활물질 조성물을 분사하는 복수개의 노즐로 이루어진 멀티노즐부를 1개 또는 복수개 포함하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery cathode manufacturing system (10) of the present invention, the atomizing unit (200) includes a multi-nozzle unit mounted on a bank storing the anode active material composition and composed of a plurality of nozzles for spraying the anode active material composition Or one or more than one.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 멀티노즐부(210)는 하나의 뱅크(220)에 복수개의 노즐(230)이 1차원적으로 연결된 분무 노즐을 멀티 노즐(230a, 230b, 230c)이라고 할 때, 상기 멀티 노즐을 복수개로 포함하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 according to the present invention, the multi-nozzle unit 210 is configured such that a plurality of nozzles 230 one-dimensionally connected to one bank 220 is connected to the multi-nozzles 230a, 230b, and 230c, the plurality of multi-nozzles are included.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 전기분무부(200)는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery cathode manufacturing system (10) of the present invention, the electrospray unit (200) further includes a control unit.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 제어부는 멀티노즐부(210)의 각각의 노즐(230)에서 분사되는 음극활물질 조성물(360)의 분사 유량을 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the control unit controls the injection flow rate of the anode active material composition 360 injected from each of the nozzles 230 of the multi-nozzle unit 210 to be different do.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)은 실리콘계 및 그래핀계 복합물을 음극 활물질로 포함함으로써, 고용량화 및 부피팽창 억제에 따른 사이클 특성 개선으로 장수명화 리튬이차전지 음극의 제조가 가능하다.In the lithium secondary battery anode manufacturing system (10) of the present invention, the lithium secondary battery negative electrode active material composition (360) includes silicon and a graphene composite as a negative electrode active material, thereby improving cycle characteristics due to high capacity and volume expansion, It is possible to manufacture a lithium secondary battery anode.

본 발명의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 있어서, 상기 음극활물질 조성물(360)은 Si-CNF 코어쉘(core-shell) 나노입자, Si/Si-C/C 코어쉘 나노입자, Si-그래핀 코어쉘 나노입자, SiOx(1≤≤x≤≤2) 나노입자, SiOx(1≤≤x≤≤2)-그래핀 코어쉘 나노입자, Si-M 나노입자 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 실리콘계 복합 나노 입자; 및 그래핀 옥사이드(Graphene oxide), 환원 그래핀 옥사이드(reduced Graphene oxide), 그래핀 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 그래핀계 물질;을 포함하는 음극 활물질; 및 바인더; 를 포함하는 리튬이차전지 음극활물질 조성물을 제공한다.In the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present invention, the anode active material composition 360 may include Si-CNF core-shell nanoparticles, Si / Si-C / C core- At least one selected from the group consisting of graphene core shell nanoparticles, SiOx (1???? 2) nanoparticles, SiOx (1????? 2) graphene core shell nanoparticles, Si- Composite nanoparticles; And at least one graphene material selected from the group consisting of graphene oxide, reduced Graphene oxide and graphene; And a binder; And a negative electrode active material composition.

본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)에 있어서, 상기 바인더는 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 또는 스타이렌부타디엔러버(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알콜(PVA) 를 포함하는 수계(Water-based) 바인더인 것을 특징으로 한다. In the lithium secondary battery negative electrode active material composition (360) according to the present invention, the binder may include carboxymethyl cellulose (CMC) or styrene butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol And is a water-based binder.

종래 탄소계 음극 활물질 중 주로 사용되는 흑연은 이론 비용량이 372mAh/g으로 낮기 때문에, 본 실시예의 리튬이차전지 음극활물질 조성물은, 리튬이차전지의 고용량화를 위해서는 다른 재료, 즉 흑연보다 고용량을 나타내는 음극 활물질을 사용하는 것이 요구되었으며, 이를 위해, 본 실시예에서는 음극 활물질에 흑연보다 고용량을 나타내는 실리콘(Si)계 복합 나노입자를 도입하였다.Since the graphite which is mainly used in the conventional carbonaceous anode active material has a low theoretical cost amount of 372 mAh / g, the anode active material composition of the lithium secondary battery of the present invention is required to have a higher capacity than the other materials, For this purpose, in this embodiment, silicon (Si) based composite nanoparticles exhibiting a higher capacity than graphite are introduced into the negative electrode active material.

실리콘(Si)은 이론 비용량이 4200mAh/g의 현격히 높은 값을 가지며, 밀도도 2.33g/ml이다. 또한, 실리콘(Si)은 리튬 삽입(intercalation) 전위 또한 흑연과 유사한 특징을 나타낸다. 그러나, 실리콘(Si)은 리튬의 삽입과 탈리(deintercalation)에 따른 급격한 부피변화(300%, Li21Si5)에 의해 크랙킹(cracking)이 발생해 전극에서 탈리 및 SEI층의 파괴로 인한 계속적인 전해액과의 부반응으로 사이클 특성이 매우 열악해 금속 실리콘 자체로는 음극 재료로 사용하기에 부적합하다. Silicon (Si) has a significantly higher theoretical cost of 4200 mAh / g and a density of 2.33 g / ml. In addition, silicon (Si) exhibits lithium intercalation potential and characteristics similar to graphite. However, silicon (Si) is cracked due to rapid volume change (300%, Li 21 Si 5 ) due to lithium intercalation and deintercalation, and continuous cracking due to desorption at the electrode and destruction of the SEI layer Cycle characteristics are very poor due to side reactions with electrolytes, and metal silicon itself is not suitable for use as an anode material.

이러한 실리콘계 나노입자의 단점을 개선하기 위해, 본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)은 실리콘(Si)계 복합 나노입자를 도입하였다. 본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물에 있어서 실리콘계 복합 나노입자는, Si-CNF 코어쉘(core-shell) 나노입자, Si/Si-C/C 코어쉘 나노입자, Si-그래핀 코어쉘 나노입자, SiOx(1≤≤x≤≤2) 나노입자, SiOx(1≤≤x≤≤2)-그래핀 코어쉘 나노입자 및 Si-M 나노입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In order to improve the disadvantages of such silicon-based nanoparticles, the lithium secondary battery anode active material composition (360) according to the present invention introduces silicon (Si) composite nanoparticles. In the anode active material composition of the lithium secondary battery according to the present invention, the silicon-based composite nanoparticles may include Si-CNF core-shell nanoparticles, Si / Si-C / C core shell nanoparticles, Si- (1????? 2) nanoparticles, SiOx (1?? X?? 2) - graphene core shell nanoparticles and Si-M nanoparticles.

실리콘(Si)계 복합 나노입자와 함께 음극 활물질로 사용되는 그래핀계 물질은, 그래핀 옥사이드(Graphene oxide), 환원 그래핀 옥사이드(reduced Graphene oxide) 및 그래핀 으로 이루어진 그룹 에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The graphene material used as the negative electrode active material together with the silicon (Si) composite nanoparticles includes at least one selected from the group consisting of graphene oxide, reduced Graphene oxide and graphene can do.

그래핀은 탄소 원자가 육각형 그물코 모양으로 배열된 시트 형태의 구조를 가지고 있으며, 높은 전기전도성을 갖고 있다. 또한, 그래핀은 sp2 혼성탄소 구조로 이루어져 있어 전기적, 열적 및 기계적 특성과 같은 물리적 성질이 매우 뛰어나다. 나아가, 그래핀은 2600m2/g 이상의 큰 표면적을 가지고 있다. 이렇듯, 그래핀은 흑연에 비해 전기전도도가 더 우수하고, 큰 표면적을 지니고 있으며, 화학적으로도 안정하기 때문에 음극재로 각광을 받고 있다.Graphene has a sheet-like structure in which carbon atoms are arranged in a hexagonal mesh shape and has high electrical conductivity. In addition, graphene is sp 2 It is composed of hybrid carbon structure and has excellent physical properties such as electrical, thermal and mechanical properties. Furthermore, graphene has a large surface area of more than 2600 m 2 / g. As such, graphene has a higher electrical conductivity than graphite, has a large surface area, and is chemically stable.

본 발명엥 의한 상기 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)은 상기 실리콘계 복합 나노입자 및 그래핀(graphene)계 물질을 포함하는 음극 활물질 이외에, 바인더(binder), 및 선택적으로 도전재를 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery anode active material composition 360 according to the present invention may further include a binder and optionally a conductive material in addition to the anode active material including the silicon-based composite nano-particles and the graphene-based material have.

본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360) 전체 100 중량부당 상기 음극 활물질은 80 내지 90 중량부, 상기 바인더는 10 내지 20 중량부의 비율로 포함되는 것을 특징으로 한다. The negative electrode active material and the binder are contained in an amount of 80 to 90 parts by weight and 10 to 20 parts by weight, respectively, per 100 parts by weight of the lithium secondary battery negative electrode active material composition (360) according to the present invention.

상기 바인더는 음극활물질을 극판에 고정화하기 위한 것으로, 전기분무(e-spraying)법의 적용이 가능하도록 수계(Water-based) 바인더를 사용할 수 있고, 예를 들면 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 스타이렌부타디엔러버(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 및 폴리비닐알콜(PVA) 를 포함하는 수계(Water-based) 바인더등을 들 수 있다.The binder may be a water-based binder such as carboxymethyl cellulose (CMC), styrene (CMC), or the like. The binder may be a binder for fixing the anode active material to the electrode plate. And water-based binders including butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PAA), and polyvinyl alcohol (PVA).

본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360) 전체 100 중량부당 도전재 0.5 내지 20 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. And 0.5 to 20 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the entire lithium secondary battery anode active material composition (360) according to the present invention.

상기 도전재는 음극 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. 예를 들어, 도전재는 탄소 재료 등을 들 수 있다. 또한 상기 탄소 재료로는 다공질 구조를 갖는 것이 바람직하고, 특히, 비표면적이 커서 보다 넓은 반응면적을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 다공질 구조를 갖는 탄소 재료로서는 구체적으로 메조포러스 카본 등을 들 수 있으며, 보다 구체적으로 그라파이트, 아세틸렌 블랙, 카본 나노 튜브 및 카본 파이버, 카본 나노튜브 등을 들 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the cathode electrode. Any conductive material that does not cause a chemical change in the battery constituting the battery can be used. For example, the conductive material may be a carbon material or the like. The carbon material preferably has a porous structure, and more preferably has a large specific surface area to provide a wider reaction area. Specific examples of the carbon material having the porous structure include mesoporous carbon, and more specifically, graphite, acetylene black, carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanotubes.

본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)에 있어서, 상기 도전재는, 인조 흑연, 천연 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙, 탄소 섬유, 금속 섬유, 알루미늄, 주석, 비스무트, 실리콘, 안티몬, 니켈, 구리, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금, 란타늄, 루테늄, 백금, 이리듐, 산화티탄, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다. In the anode active material composition (360) of a lithium secondary battery according to the present invention, the conductive material may be at least one selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, denka black, thermal black, A metal such as aluminum, tin, bismuth, silicon, antimony, nickel, copper, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, zinc, molybdenum, tungsten, silver, gold, lanthanum, ruthenium, platinum, iridium, Thiophene, polyacetylene, polypyrrole, and combinations thereof.

본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물(360)은 1 내지 5 g/cm-sec 의 점도를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 리튬이차전지 음극활물질 조성물은 점도가 1 내지 5 g/cm-sec 의 범위로 조절되어 전기분무(e-spraying)를 이용한 도포가 가능하다.The lithium secondary battery negative electrode active material composition 360 according to the present invention is characterized by having a viscosity of 1 to 5 g / cm - sec. The lithium secondary battery negative electrode active material composition according to the invention has a viscosity of from 1 to 5 g / cm - sec is adjusted in the range of application it is possible using the electro-spray (e-spraying).

전기분무는 물에 친화적인 용제에 의해 분산된 나노소재 혼합물을 아주 작은 방울(droplet)로 피착물의 표면에 방사(spray)하는 방식으로, 이러한 작은 방울들은 가습기에서 분출되는 수증기처럼 중력에 영향을 크게 받지 않기 때문에 넓은 표면에 나노소재의 뭉침(aggregation)없이, 동시에 즉각적으로 균일한 두께의 나노입자 박막을 형성할 수 있다. 이러한 전기분무의 원리에 의해, 본 실시예의 리튬이차전지 음극활물질 조성물을 이용하여 두께 균일성을 갖는, 즉 고균일도의 리튬이차전지 음극의 제조가 가능하다.Electrospray is a method of spraying a nanomaterial mixture dispersed by a water-friendly solvent onto a surface of a substrate with a very small droplet. These droplets have a large influence on gravity, such as water vapor ejected from a humidifier It is possible to simultaneously form a nanoparticle thin film having uniform thickness without aggregation of nanomaterial on a wide surface. With the principle of such atomization, it is possible to manufacture a lithium secondary battery anode having thickness uniformity, that is, high uniformity, by using the lithium secondary battery anode active material composition of this embodiment.

본 실시예의 리튬이차전지용 음극의 제조 방법은, 리튬이차전지 음극활물질 조성물 제조 단계(S110), 음극 형성 단계(S120) 및 열처리 단계(S130)를 포함할 수 있다.The method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery of the present embodiment may include a step (S110) of manufacturing a lithium secondary battery negative electrode active material composition, a negative electrode forming step (S120), and a heat treatment step (S130).

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 리튬이차전지 음극활물질 조성물 제조 단계(S110)에서는 상기 전기분무(e-spraying)법을 위한 제1 음극활물질 조성물 및 상기 슬롯다이코팅을 위한 제2 음극활물질 조성물을 제조하는 것을 특징으로 한다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, in the step (S110) of preparing the lithium secondary battery negative electrode active material composition, a first negative electrode active material composition for the e-spraying method, Thereby producing a second negative electrode active material composition.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 전기분무(e-spraying)법을 위한 제1 음극활물질 조성물 및 상기 슬롯다이코팅을 위한 제2 음극활물질 조성물은 동일한 조성으로 제조되거나, 서로 상이한 조성으로 제조되는 것이 가능하다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first negative electrode active material composition for the e-spraying method and the second negative electrode active material composition for the slot die coating may be prepared in the same composition, It is possible to produce different compositions.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 전기분무(e-spraying)법을 위한 제1 음극활물질 조성물 및 상기 슬롯다이코팅을 위한 제2 음극활물질 조성물이 동일한 조성일 경우, 동일 조성물로 다른 제조 방법으로 음극을 형성함으로써 구조적 안정성이 향상된 전극의 제조가 가능하다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, when the first negative electrode active material composition for the e-spraying method and the second negative electrode active material composition for the slot die coating are the same composition, It is possible to manufacture an electrode having improved structural stability by forming a negative electrode by another manufacturing method.

본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 전기분무 공정시, 인가 전압, 노즐과 기판 사이의 거리, 분산액의 분사속도 및 분사량 등은 특별히 한정되지 않고, 목표하는 제1 음극 박막의 두께나 면적, 분산액의 점도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.In the method of manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, the applied voltage, the distance between the nozzle and the substrate, the jetting speed of the dispersion liquid and the jetting amount are not particularly limited in the electrospray process, The thickness and area of the thin film, the viscosity of the dispersion, and the like.

일례로, 인가 전압은 고전압이 바람직하며, 구체적으로 0.1 내지 10 kV의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 5 kV일 수 있다. 이때, 인가 전압이 0.1 kV 미만이면, 분산액 입자의 분산이 어려워 균일한 막을 얻기 어려울 수 있고, 반대로 10 kV를 초과하면 분사되는 분산액의 각이 커지게 되어 증착효율이 감소하고 분산액의 손실이 커지는 문제가 있다.In one example, the applied voltage is preferably a high voltage, specifically in the range of 0.1 to 10 kV, and preferably about 5 kV. If the applied voltage is less than 0.1 kV, it is difficult to obtain a uniform film because dispersion of the dispersion particles is difficult. On the other hand, if the applied voltage is more than 10 kV, the angle of the dispersed liquid becomes large, .

일례로, 분산액의 분사량은 2 내지 5 ㎖인 것이 바람직하고, 이의 분사속도는 10 내지 25 ㎕/min인 것이 바람직하다. 이때, 분산액의 분사량이 2 ㎖ 미만이면 분사되는 양이 충분하지 않아 균일한 음극박막이 얻어지지 않을 수 있고, 반면에 5 ㎖를 초과하면 필요 이상의 분산액을 사용하게 되어 제조비용 상승을 초래할 수 있다.For example, the spray amount of the dispersion liquid is preferably 2 to 5 ml, and the spraying speed thereof is preferably 10 to 25 μl / min. If the spray amount of the dispersion is less than 2 ml, the sprayed amount may not be sufficient and a uniform cathode thin film may not be obtained. On the other hand, if the spray amount is more than 5 ml, unnecessary dispersion may be used.

또한, 일례로, 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리(D)는 10 내지 50 ㎝인 것이 바람직하며, 이는 인가 전압을 고려하여 결정될 수 있다. 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리(D)가 10 ㎝ 미만이면, 기판(250)의 요철에 대한 공정 변화가 크며, 반대로 50 ㎝를 초과하면 인가 전압이 높아지는 단점이 있다.In addition, for example, the distance D between the nozzle 230 and the substrate 250 is preferably 10 to 50 cm, which can be determined in consideration of the applied voltage. If the distance D between the nozzle 230 and the substrate 250 is less than 10 cm, there is a disadvantage in that the process variation with respect to the concavity and convexity of the substrate 250 is large, and when the distance D is more than 50 cm,

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 전기분무(e-spraying)법을 이용한 음극의 제조 방법은 음극활물질 조성물과 전류 집전체가 형성된 기판(250)과의 전위 차이에 의해 박막의 응집 현상을 억제시켜 제조된 음극의 두께가 대략 0.5 ㎛ 내지 40 ㎛ 이고, 상기 두께에 ± 5% 이하의 균일도, 즉 고균일도의 리튬이차전지용 제1 음극 박막(240)을 형성할 수 있다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the method for manufacturing an anode using the e-spraying method is a method for manufacturing a negative electrode by an electric potential difference between a negative electrode active material composition and a substrate 250, It is possible to form the first negative electrode thin film 240 for a rechargeable lithium battery having a thickness of about 0.5 μm to 40 μm and a uniformity of ± 5% or less with respect to the thickness, that is, high uniformity.

본 발명의 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제1 음극 박막은 D50이 20 내지 250 nm 미만의 나노실리콘 또는 0.2 내지 20 wt%의 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first anode thin film may include nanosilicon having a D50 of less than 20 to 250 nm or graphene of 0.2 to 20 wt%.

전기분무법을 이용한 음극 형성 방법은 박막의 두께 균일도 향상이라는 측면에서 매우 우수한 코팅 방법이지만 박막의 두께를 올리는데 한계가 있다. The cathode formation method using the electrospray method is an excellent coating method in terms of improving the uniformity of the thickness of the thin film, but there is a limit in raising the thickness of the thin film.

이러한 음극 박막 두께에 따른 증착 한계를 극복하기 위하여, 본 실시예에서는 음극 형성 시, 전기분무법 후속으로 슬롯다이코팅(Slot-die coating)법을 도입하였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지용 음극의 제조 방법은 전기분무법과 슬롯다이코팅법을 복합화하여 적용할 것을 제안하였다. In order to overcome the deposition limit according to the thickness of the cathode thin film, a slot die coating method was adopted in the present embodiment in the cathode formation, followed by the electrospray method. That is, the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is proposed to combine the electrospray method and the slot die coating method.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 음극 박막은 두께가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the thickness of the second negative electrode thin film is 10 mu m to 100 mu m.

본 발명의 실시예에 따른 슬롯다이코팅법을 이용한 리튬이차전지용 음극의 제조방법에 있어서, 슬롯다이코팅법은 전기분무법의 후속으로 이용되므로, 목표하는 음극의 두께를 고려하여 그 증착 두께를 적절히 조절하는 것이 바람직하다. In the method of manufacturing a cathode for a lithium secondary battery using the slot die coating method according to an embodiment of the present invention, since the slot die coating method is used subsequent to the electrospray method, the thickness of the deposition is appropriately controlled .

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 음극 박막은 두께가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. 이러한 슬롯다이코팅법은 통상의 공지된 기술을 제한 없이 이용할 수 있다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the thickness of the second negative electrode thin film is 10 mu m to 100 mu m. Such a slot die coating method can be used without any limitations in common known techniques.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극의 제조 방법에 있어서, 상기 슬롯다이코팅법에 의한 음극 형성 단계에서는 상기 형성된 제1 음극 박막 에 상기 제2 음극활물질 조성물을 코팅하여 제 2 음극 박막을 형성함으로써, 음극 박막의 최종 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다. In the method for manufacturing a negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, in the negative electrode formation step by the slot die coating method, the second negative electrode active material composition is coated on the formed first negative electrode thin film to form a second negative electrode thin film, And the final thickness of the thin film is controlled.

본 발명은 또한, 집전체가 형성된 기판(250);The present invention also relates to a substrate (250) on which a current collector is formed;

상기 기판 위에 형성된 제 1 음극 박막(240); 및A first cathode thin film (240) formed on the substrate; And

상기 제 1 음극 박막 위에 형성된 제 2 음극 박막; 을 포함하고,A second cathode thin film formed on the first cathode thin film; / RTI >

전극 에너지 밀도가 600 mAh/cc 이상인 리튬이차전지용 음극을 제공한다. A cathode for a lithium secondary battery having an electrode energy density of 600 mAh / cc or more.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막은 전기분무법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first negative electrode thin film is formed by an electrospray method.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막은 두께가 0.5 ㎛ 내지 40 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first negative electrode thin film has a thickness of 0.5 占 퐉 to 40 占 퐉.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 2 음극 박막은 슬롯다이코팅법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다. In the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention, the second cathode thin film is formed by a slot die coating method.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 2 음극 박막은 두께가 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the thickness of the second negative electrode thin film is 10 mu m to 100 mu m.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막 및 제 2 음극 박막은 동일한 물질인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막 및 제 2 음극 박막이 동일한 물질로 형성될 경우, 동종의 이중 음극 박막을 형성함으로써 구성 물질간의 구조적 안정성이 향상된 전극의 제조가 가능하다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first negative electrode thin film and the second negative electrode thin film are the same material. In the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention, when the first cathode thin film and the second cathode thin film are formed of the same material, it is possible to manufacture an electrode having improved structural stability between the constituent materials by forming the same type of cathode thin film .

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막 및 제 2 음극 박막은 서로 상이한 물질인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 제 1 음극 박막 및 제 2 음극 박막이 서로 상이한 물질로 형성될 경우, 이종의 음극 박막을 형성함으로써 구조적 안정성에 소재의 우수한 특성을 추가하여 전극 성능의 개선이 용이하다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the first negative electrode thin film and the second negative electrode thin film are different from each other. In the cathode for a lithium secondary battery according to the present invention, when the first cathode thin film and the second cathode thin film are formed of materials different from each other, by forming a different cathode thin film, superior characteristics of the material are added to the structural stability, Improvement is easy.

또한, 본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극은 전체 두께가 40 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 한다. The negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention has a total thickness of 40 to 100 占 퐉.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 리튬이차전지용 음극은 두께 균일도가 전체 두께의 ± 5% 이하인 것을 특징으로 한다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the negative electrode for a lithium secondary battery has a thickness uniformity of ± 5% or less of the total thickness.

본 발명에 의한 리튬이차전지용 음극에 있어서, 상기 리튬이차전지용 음극은 AFM 측정시 최대높이조도는, 10 x 10 ㎛2 영역에서 1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. In the negative electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the maximum height of the negative electrode for a lithium secondary battery is 1 占 퐉 or less in the region of 10 占 10 占 퐉 2 when AFM is measured.

본 발명은 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 관한 것으로, 롤투롤(roll to roll)부, 전기분무(e-spraying)부, 슬롯다이(slot-die)부 포함하고, 상기 전기분무부는 멀티 노즐을 포함하여 전기 분무시 분무되는 유량을 제어 가능함으로써 음극 제조시 필요에 따라 박막의 두께를 자유롭게 조절할 수 있으며, 제조되는 음극의 두께 균일도 및 증착 효율성을 향상시켜 음극의 대량생산 및 상기 음극을 채용하는 리튬이차전지의 사이클 특성 향상이 가능하다.The present invention relates to a system for manufacturing a lithium secondary battery anode, which includes a roll-to-roll portion, an e-spraying portion, and a slot-die portion, and the electrospray portion includes a multi- The thickness of the thin film can be freely adjusted as needed during the manufacture of the negative electrode, the uniformity of the thickness of the negative electrode to be manufactured and the deposition efficiency can be improved, so that the mass production of the negative electrode and the production of the lithium secondary The cycle characteristics of the battery can be improved.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)을 나타낸 개략도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템 중 전기분무부(200)를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티노즐부(210)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템 중 슬롯다이부(300)을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템이 적용된 배터리 전극의 제작 장치를 나타낸 모식도이다.1 and 2 are schematic views showing a lithium secondary battery anode manufacturing system 10 according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 4 are schematic views illustrating an electrospray unit 200 in a lithium secondary battery cathode manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view schematically showing a multi-nozzle unit 210 according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view showing a slot die unit 300 among the lithium secondary battery cathode manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing a battery electrode to which a lithium secondary battery anode manufacturing system according to an embodiment of the present invention is applied.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a lithium secondary battery cathode manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)을 나타낸 개략도이다. 1 and 2 are schematic views showing a lithium secondary battery anode manufacturing system 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)은 롤투롤(roll to roll)부(100), 전기분무(e-spraying)부(200), 슬롯다이(slot-die)부(300) 및 건조부(400)를 포함하여 구성된다.1 and 2, a lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 of the present embodiment includes a roll-to-roll unit 100, an electric-spraying unit 200, a slot die -die unit 300 and a drying unit 400.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)은, 기판을 공급, 회수 및 이송하기 위한 롤투롤(roll to roll)부(100)와, 이송된 기판 상에 음극활물질 조성물을 전기분무하기 위한 전기분무(e-spraying)부(200)와, 전기분무된 기판 상에 음극활물질 조성물을 슬롯다이코팅하기 위한 슬롯다이(slot-die)부(300), 및 슬롯다이코팅된 기판을 건조하기 위한 건조부(400)를 포함한다.1 and 2, a lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 of the present embodiment includes a roll-to-roll unit 100 for supplying, recovering, and transporting a substrate, A slot-die unit 300 for slot-die-coating the anode active material composition on the electrosprayed substrate, and a slot- And a drying unit 400 for drying the die-coated substrate.

롤투롤부(100)는 통상의 롤-투-롤 타입으로 기판을 연속적으로 공급하면서 기판 표면에 음극활물질의 연속 코팅 시스템을 제공한다.The roll roll portion 100 provides a continuous coating system of the negative electrode active material on the substrate surface while continuously supplying the substrate in a normal roll-to-roll type.

롤투롤부(100)는 두 개 이상의 롤(111,112)을 포함하여 전기분무부(200), 슬롯다이부(300) 및 건조부(400)를 화살표 A 방향으로 가로질러 음극활물질이 코팅될 기판(250)을 이송한다.The roll roll part 100 includes two or more rolls 111 and 112 and is arranged to cover the electrospray part 200, the slot die part 300 and the drying part 400 in the direction of the arrow A, .

롤(111,112)이 두 개로 구성될 경우, 하나는 기판의 공급롤(loading roll)이고, 다른 하나는 코팅된 기판의 회수롤(unloading roll)일 수 있다. 이 때, 기판은 집전체가 형성된 기판(250)일 수 있다.When the rolls 111 and 112 are constituted of two rolls, one may be the loading roll of the substrate and the other may be the unloading roll of the coated substrate. At this time, the substrate may be the substrate 250 on which the collector is formed.

도 3 및 도 4는 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10) 중 전기분무부(200)를 나타낸 모식도이다.3 and 4 are schematic diagrams showing an electrospray unit 200 in the lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 of the present embodiment.

전기분무부(200)는 전기분무장치를 이용하여 음극활물질 조성물(360)을 기판(250) 상에 전기분무하는 전기분무시스템을 제공한다.The electrospray unit 200 provides an electrospray system for electrospraying an anode active material composition 360 onto a substrate 250 using an electrospray device.

전기분무법은 물에 친화적인 용제에 의해 분산된 나노소재 혼합물을 아주 작은 방울(droplet)로 피착물의 표면에 방사(spray)하는 방식으로, 이러한 작은 방울들은 가습기에서 분출되는 수증기처럼 중력에 영향을 크게 받지 않기 때문에 넓은 표면에 나노소재의 뭉침(aggregation)없이, 동시에 즉각적으로 균일한 두께의 나노입자 박막을 형성할 수 있다.Electro-atomization is a method of spraying a nano-material mixture dispersed by a water-friendly solvent onto a surface of a substrate with a very small droplet. These droplets have a large influence on gravity, such as water vapor ejected from a humidifier It is possible to simultaneously form a nanoparticle thin film having uniform thickness without aggregation of nanomaterial on a wide surface.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10) 중 전기분무부(200)는 음극활물질 조성물(360)을 저장하는 뱅크(220)와, 뱅크(220)와 연결되어 음극활물질 조성물(360)을 분무하는 분무 노즐(230) 및 전선을 통해 분무 노즐(230)에 전압을 인가하는 전압 공급 장치(260)를 포함하여 구성될 수 있다.3, the electrospray unit 200 of the lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 of the present embodiment includes a bank 220 for storing the anode active material composition 360, A spray nozzle 230 for spraying the anode active material composition 360 and a voltage supply device 260 for applying a voltage to the spray nozzle 230 through electric wires.

음극활물질 조성물(360)은 리튬이차전지용 음극활물질이 바인더(binder), 선택적으로 도전재 등과 혼합되어 제조된 분산액일 수 있다. The negative electrode active material composition 360 may be a dispersion prepared by mixing a negative electrode active material for a lithium secondary battery with a binder, and optionally, a conductive material.

음극활물질은 흑연(graphite)계 물질, 실리콘(silicon)계 물질, 그래핀(graphene)계 물질 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 흑연보다 고용량을 나타내는 실리콘(silicon)계 물질, 그래핀(graphene)계 물질을 들 수 있다.The anode active material may be a graphite-based material, a silicon-based material, a graphene-based material, and preferably a silicon-based material exhibiting a higher capacity than graphite, a graphene- Based materials.

바인더는 도전재를 고정화하기 위한 것으로, 수계 바인더를 사용할 수 있고, 예컨대 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 스타이렌부타디엔러버(SBR) 등을 들 수 있다.The binder is for immobilizing the conductive material, and an aqueous binder can be used. Examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.

음극활물질 조성물(360)을 저장하는 뱅크(220)와 음극활물질 조성물(360)을 분무하는 분무 노즐(230)은 기판(250)의 면적, 음극활물질의 재료, 음극의 두께 균일도 등을 고려하여 그 개수나 배치구조가 결정될 수 있다.The bank 220 for storing the negative electrode active material composition 360 and the spray nozzle 230 for spraying the negative electrode active material composition 360 are arranged in the order of the area of the substrate 250, the material of the negative electrode active material, The number or layout structure can be determined.

전기분무 공정 시, 인가 전압, 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리, 분산액의 분사속도 및 분사량, 분무 노즐의 지름 등은 특별히 한정되지 않고, 목표하는 음극의 두께나 면적, 분산액의 점도 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The distance between the nozzle 230 and the substrate 250, the spraying speed of the dispersion liquid and the spraying amount, the diameter of the spray nozzle, and the like are not particularly limited. The thickness and area of the target cathode, the viscosity of the dispersion liquid And the like can be appropriately selected.

일례로, 인가 전압은 고전압이 바람직하며, 구체적으로 0.1kV 내지 10kV의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 약 5kV일 수 있다. 이때, 인가 전압이 0.1kV 미만이면, 분산액 입자의 분산이 어려워 균일한 막을 얻기 어려울 수 있고, 반대로 10kV를 초과하면 분사되는 분산액의 각이 커지게 되어 증착효율이 감소하고 분산액의 손실이 커지는 문제가 있다.In one example, the applied voltage is preferably a high voltage, specifically ranging from 0.1 kV to 10 kV, and preferably about 5 kV. At this time, if the applied voltage is less than 0.1 kV, it is difficult to obtain a uniform film because dispersion of the dispersion particles is difficult. On the contrary, if the applied voltage exceeds 10 kV, the angle of the dispersion to be sprayed becomes large to decrease the deposition efficiency and increase the loss of the dispersion have.

일례로, 분산액의 분사량은 2㎖ 내지 5㎖인 것이 바람직하고, 이의 분사속도는 10㎕/min 내지 25㎕/min인 것이 바람직하다. 이때, 분산액의 분사량이 2㎖ 미만이면 분사되는 양이 충분하지 않아 균일한 음극박막이 얻어지지 않을 수 있고, 반면에 5㎖를 초과하면 필요 이상의 분산액을 사용하게 되어 제조비용 상승을 초래할 수 있다.For example, the spray amount of the dispersion liquid is preferably 2 ml to 5 ml, and the spraying rate thereof is preferably 10 μl / min to 25 μl / min. If the spray amount of the dispersion liquid is less than 2 ml, the sprayed amount may not be sufficient, so that a uniform cathode thin film may not be obtained. On the other hand, if the spray amount is more than 5 ml, necessary dispersion liquid may be used.

일례로, 분무 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리는 10㎝ 내지 50㎝인 것이 바람직하며, 이는 인가 전압을 고려하여 결정될 수 있다. 분무 노즐(230)과 기판(250) 사이의 거리가 10㎝ 미만이면, 기판(250)의 요철에 대한 공정 변화가 크며, 반대로 50㎝를 초과하면 인가 전압이 높아지는 단점이 있다.In one example, the distance between the spray nozzle 230 and the substrate 250 is preferably 10 cm to 50 cm, which can be determined in consideration of the applied voltage. If the distance between the spray nozzle 230 and the substrate 250 is less than 10 cm, the process variation with respect to the concavity and convexity of the substrate 250 is large. On the contrary, if the distance exceeds 50 cm, the applied voltage becomes high.

분무 노즐(230)은 분산액의 점도에 따라 결정될 수 있지만, 바람직하게는 지름 0.1㎛ 내지 50㎛인 것이 사용될 수 있다.The spray nozzle 230 Can be determined according to the viscosity of the dispersion liquid, but preferably a diameter of 0.1 to 50 mu m can be used.

바람직하게, 본 실시예의 전기분무부는 복수의 멀티노즐부(210)를 포함하는 멀티노즐 시스템에 의하여 수행될 수 있다. 여기서, 멀티노즐 시스템은 하나의 뱅크(220)에 복수개의 노즐(230)이 1차원적으로 연결된 것을 멀티노즐부로 정의할 때, 이 멀티노즐부 구성을 복수개 포함하는 시스템을 의미한다.Preferably, the electrospray portion of this embodiment can be performed by a multi-nozzle system including a plurality of multi-nozzle portions 210. [ Here, the multi-nozzle system refers to a system including a plurality of multi-nozzle units when a plurality of nozzles 230 are connected in a one-dimensional manner to one bank 220 as a multi-nozzle unit.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티노즐부(210)를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 5 is a perspective view schematically showing a multi-nozzle unit 210 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 전기분무 공정에 이용되는 멀티노즐부(210)는 제1 멀티노즐부(210a), 제2 멀티노즐부(210b) 및 제3 멀티노즐부(210c)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, the multi-nozzle unit 210 used in the electrospray process of the present embodiment A first multi-nozzle unit 210a, a second multi-nozzle unit 210b, and a third multi-nozzle unit 210c.

제1 멀티노즐부(210a)는 제1 뱅크(220a) 및 제1 뱅크(220a)에 복수개의 노즐이 1차원적으로 연결된 제1 멀티노즐(230a)로 구성된다. 제2 멀티노즐부(210b)는 제2 뱅크(220b) 및 제2 뱅크(220b)에 복수개의 노즐(230)이 1차원적으로 연결된 제2 멀티노즐(230b)로 구성된다. 제3 멀티노즐부(210c)는 제3 뱅크(220c) 및 제3 뱅크(220c)에 복수개의 노즐(230)이 1차원적으로 연결된 제3 멀티노즐(230c)로 구성된다.The first multi-nozzle unit 210a includes a first multi-nozzle 230a having a first bank 220a and a plurality of nozzles one-dimensionally connected to the first bank 220a. The second multi-nozzle unit 210b includes a second multi-nozzle 230b having a plurality of nozzles 230 connected in a first dimension to the second bank 220b and the second bank 220b. The third multi-nozzle unit 210c includes a third multi-nozzle 230c having a plurality of nozzles 230 connected to the third bank 220c and the third bank 220c one-dimensionally.

이러한 복수의 멀티노즐부(210)에 의한 전기분무 공정은, 음극활물질 조성물과 기판과의 전위 차이에 의해 박막의 응집 현상을 억제할 수 있고, 대면적 기판에 대하여 전체적으로 분사량을 유사하게 가져갈 수 있기 때문에, 박막의 두께 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.The electric spraying process by the plurality of multi-nozzle units 210 can suppress the coagulation phenomenon of the thin film due to the potential difference between the negative electrode active material composition and the substrate, Therefore, the thickness uniformity of the thin film can be further improved.

또한, 제1 내지 제3 멀티노즐부(210a, 210b, 210c)는 제어부에 의해 제1 내지 제3 뱅크(220a, 220b, 220c) 각각에 따라 전기분무 시스템을 독립적으로 가져갈 수 있다.The first to third multi-nozzle units 210a, 210b and 210c can independently take the electrospray system according to each of the first to third banks 220a, 220b and 220c by the control unit.

일례로, 각 뱅크(220a, 220b, 220c)에 저장되는 음극활물질 조성물(400)을 달리하여 동시에 서로 다른 재료의 음극활물질을 증착하거나, 혹은 각 멀티 노즐에서의 분무 유량을 다르게 제어하여 영역별로 박막의 두께를 조절할 수 있으며, 이를 통해 증착 효율성을 향상시킬 수 있다.For example, the anode active material composition 400 stored in each of the banks 220a, 220b, and 220c may be varied to deposit the anode active material of different materials at the same time, or the spray flow rate may be controlled differently in each multi- And the deposition efficiency can be improved by this.

설명의 편의를 위하여, 도 5에서는 3개의 멀티노즐부(210a, 210b, 210c)를 구성하였으나, 특별히 이에 한정되지 않고, 개수나 형태 등은 다양하게 변형될 수 있다.For convenience of explanation, FIG. 5 shows three multi-nozzle units 210a, 210b and 210c. However, the number of multi-nozzle units 210a, 210b and 210c is not limited thereto.

이와 같은 전기분무 원리를 이용한 음극의 제조는 진공 및 대기압 하에서 수행될 수 있다.The preparation of the cathode using this electrospray principle can be carried out under vacuum and atmospheric pressure.

도 6은 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)은 중 슬롯다이부(300)을 나타낸 모식도이다.6 is a schematic diagram showing a middle slot die unit 300 of the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of the present embodiment.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10) 중 슬롯다이부(300)는 슬롯다이코팅(Slot-die coating)법을 이용하여 음극활물질 조성물(360)을 기판(250) 상에 코팅하는 슬롯다이코팅시스템을 제공한다.6, the slot die portion 300 of the lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 of the present embodiment is formed by a slot die coating method using the anode active material composition 360 as a substrate 250, Coated on a substrate.

슬롯다이코팅법은 리튬이차전지의 코팅 공정에 가장 널리 사용되는 코팅 기술로서 대면적의 코팅에 매우 용이하며, 음극활물질 조성물과 같은 코팅액을 코팅하는데 매우 적합하다.The slot die coating method is a coating technique most widely used in the coating process of a lithium secondary battery, and is very easy to coat a large area and is very suitable for coating a coating liquid such as an anode active material composition.

건조부(400)는 기판(250) 상에 코팅된 음극활물질 조성물(360)을 건조하여 최종 음극을 형성하기 위한 건조시스템을 제공한다.The drying unit 400 provides a drying system for drying the negative electrode active material composition 360 coated on the substrate 250 to form a final negative electrode.

이러한 구성의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 따른 음극 제조 공정의 일례는 아래와 같다.An example of a negative electrode manufacturing process according to the lithium secondary battery negative electrode manufacturing system 10 having such a configuration is as follows.

먼저, 롤투롤부(100)의 롤(111,112)에 의해 공급된 기판(250)이 전기분무부(200)로 이송된다. 연속 공정으로, 도 3에 도시된 전기분무부(200)에서 전기분무장치의 뱅크(220)에 저장된 음극활물질 조성물(360)이 분무 노즐(230)을 통해 전압 공급 장치(240)에 의해 전압이 인가된 상태에서 이송된 기판(250) 상에 전기분무된다. 연속 공정으로, 도 6에 도시된 슬롯다이부(300)에서 슬롯다이코터의 슬롯다이(310) 내부로 음극활물질 조성물(360)을 펌핑하여 전기분무된 기판(340) 상에 음극활물질 조성물(360)을 코팅한다. 연속 공정으로, 도 1에 도시된 건조부(400)에서 슬롯다이코팅된 기판을 건조하여 최종 음극을 형성한 후 롤(111,112)에 의해 기판(250)을 회수한다.First, the substrate 250 supplied by the rolls 111 and 112 of the roll roll part 100 is conveyed to the electrospray part 200. In the continuous process, the negative electrode active material composition 360 stored in the bank 220 of the atomizing device in the electrospray part 200 shown in FIG. 3 is discharged by the voltage supply device 240 through the spray nozzle 230 And is sprayed on the transferred substrate 250 in an applied state. In a continuous process, the negative electrode active material composition 360 is pumped into the slot die 310 of the slot die coater in the slot die portion 300 shown in FIG. 6 to form the negative electrode active material composition 360 ). In the continuous process, the substrate coated with the slot die is dried in the drying unit 400 shown in FIG. 1 to form a final cathode, and then the substrate 250 is recovered by the rolls 111 and 112.

이러한 구성의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에 따라 제조된 리튬이차전지 음극은 전기분무법의 원리에 의해 박막의 응집 현상이 억제되어 두께 균일도가 우수하고, 슬롯다이코팅법의 원리에 의해 두께 증착 효율성이 향상된다.The lithium secondary battery negative electrode manufactured according to the lithium secondary battery negative electrode manufacturing system 10 having such a structure is excellent in thickness uniformity by suppressing the coagulation phenomenon of the thin film by the principle of the electrospray method, Efficiency is improved.

또한, 본 실시예의 롤투롤 공정을 포함하는 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)을 이용하면 리튬이차전지 음극의 대량생산이 가능하고, 생산성을 향상시킬 수 있다. In addition, by using the lithium secondary battery anode manufacturing system 10 including the roll-to-roll process of the present embodiment, it is possible to mass-produce a lithium secondary battery anode, and productivity can be improved.

나아가, 상기 리튬이차전지 음극을 채용하는 리튬이차전지의 사이클 특성 향상이 가능하다.Furthermore, it is possible to improve the cycle characteristics of the lithium secondary battery employing the lithium secondary battery anode.

이러한 본 실시예의 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 리튬이차전지와 같은 배터리 전극을 제작하기 위한 장치 제작에 이용될 수 있을 것이다. The lithium secondary battery anode manufacturing system 10 of this embodiment can be used for manufacturing a device for manufacturing a battery electrode such as a lithium secondary battery as shown in FIG.

한편, 음극 형성 시, 두께 증착에 따른 한계성을 갖지 않는다면, 상기 리튬이차전지 음극 제조 시스템(10)에서 슬롯다이코팅을 위한 슬롯다이부(300)는 생략 가능하다.On the other hand, the slot die portion 300 for slot die coating in the lithium secondary battery cathode manufacturing system 10 may be omitted if the cathode does not have the limitation of thickness deposition.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and that various changes, substitutions and alterations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. However, it should be understood that such substitutions, changes, and the like fall within the scope of the following claims.

10 : 리튬이차전지 음극 제조 시스템
100 : 롤투롤부 111 : 공급롤
112 : 회수롤 200 : 전기분무부
210 : 멀티노즐부 211 : 노즐지지대
221,222 : 이송롤 210a : 제1 멀티노즐부
210b : 제2 멀티노즐부 210c : 제3 멀티노즐부
220 : 뱅크 220a : 제1 뱅크
220b : 제2 뱅크 220c : 제3 뱅크
230 : 분무 노즐 230a : 제1 멀티노즐
230b : 제2 멀티노즐 230c : 제3 멀티노즐
240 : 전압 공급 장치 250 : 집전체가 형성된 기판
300 : 슬롯다이부 310 : 슬롯다이
360 : 음극활물질 조성물 400 : 건조부
410 : 건조 챔버 430 : 건조 이송롤
450 : 히팅부재10: Lithium secondary battery anode manufacturing system
100: Rolled roll portion 111: Feed roll
112: recovery roll 200: electrospray part
210: multi nozzle unit 211: nozzle support
221, 222: Feed roll 210a: First multi-
210b: second multi nozzle unit 210c: third multi nozzle unit
220: bank 220a: first bank
220b: second bank 220c: third bank
230: atomizing nozzle 230a: first multi-nozzle
230b: second multi-nozzle 230c: third multi-nozzle
240: voltage supply device 250: substrate on which current collector is formed
300: Slot die part 310: Slot die
360: Negative electrode active material composition 400: Drying part
410: Drying chamber 430: Dry transfer roll
450: heating member

Claims (7)

집전체가 형성된 기판을 공급, 회수 및 이송하기 위한 롤투롤(roll to roll)부;
상기 기판 상에 나노소재 음극활물질 조성물을 전기 분무하여 나노소재 음극활물질층을 형성하기 위한 전기분무(e-spraying)부;
상기 기판 상에 상기 음극활물질 조성물을 슬롯다이코팅하여 음극활물질층을 형성하기 위한 슬롯다이(slot-die)부; 및
상기 음극활물질층이 형성된 기판을 건조하기 위한 건조부; 를 포함하고,
상기 전기분무부는, 상기 음극활물질 조성물을 저장하는 뱅크에 장착되어 상기 음극활물질 조성물을 분사하는 복수개의 노즐이 일렬로 연결된 멀티노즐부를 복수개 포함하고,
상기 전기분무부에 의해서 제조된 제1 음극 박막의 두께가 0.5 μm 내지 40 μm 이고, 상기 두께의 균일도가 ±5% 이하이고,
상기 슬롯다이부에 의해서 제조된 제2 음극 박막의 두께가 10 μm 내지 100 μm 인 것인,
리튬이차전지 음극 제조 시스템.
A roll-to-roll portion for feeding, collecting and transporting the substrate on which the current collector is formed;
An e-spraying unit for spraying a nanomaterial anode active material composition on the substrate to form a nanomaterial anode active material layer;
A slot-die for forming a negative electrode active material layer on the substrate by slot-die coating the negative electrode active material composition; And
A drying unit for drying the substrate on which the anode active material layer is formed; Lt; / RTI >
Wherein the electrospray portion includes a plurality of multi-nozzle portions mounted in a bank for storing the negative electrode active material composition and having a plurality of nozzles for spraying the negative electrode active material composition in series,
Wherein the thickness of the first negative electrode thin film produced by the electrospray portion is 0.5 to 40 占 퐉, the uniformity of the thickness is not more than 占 5%
Wherein the thickness of the second negative electrode thin film produced by the slot die portion is 10 占 퐉 to 100 占 퐉.
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.
제 1 항에 있어서,
상기 롤투롤부는, 공급롤(loading roll)과 회수롤(unloading roll)을 포함하여 두개 이상의 롤(roll)을 포함하고,
상기 롤투롤부는, 상기 집전체가 형성된 기판에 음극활물질 코팅층을 형성하기 위하여 상기 집전체가 형성된 기판을 공급하여 상기 전기분무부, 슬롯다이부 및 건조부를 통과하여 이송시킨 후 기판을 회수하는 연속 공정 시스템인 것인
리튬이차전지 음극 제조 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the roll-to-roll portion includes two or more rolls including a loading roll and an unloading roll,
The roll-to-roll part supplies a substrate on which the current collector is formed in order to form an anode active material coating layer on the substrate on which the current collector is formed, passes through the electrospun part, the slot die part and the drying part, System
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.
제 1 항에 있어서,
상기 전기분무부는
음극활물질 조성물;
상기 음극활물질 조성물을 저장하는 뱅크;
상기 뱅크와 연결되어 상기 음극활물질 조성물을 분무하는 분무 노즐; 및
상기 분무 노즐에 전압을 인가하는 전압 공급 장치; 를 포함하는
리튬이차전지 음극 제조 시스템.
The method according to claim 1,
The electro-
A negative electrode active material composition;
A bank for storing the negative electrode active material composition;
A spray nozzle connected to the bank to spray the negative electrode active material composition; And
A voltage supply device for applying a voltage to the spray nozzle; Containing
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.
제 3 항에 있어서,
상기 전기분무부에서는 0.1 내지 10 kV의 전압을 인가한 상태에서 상기 분무 노즐과 기판 사이의 거리를 10 내지 50 cm로 유지한 채 10 내지 25 ul/min의 분사 속도로 2 내지 5ml 의 음극활물질 조성물을 액적 상태로 상기 기판 상에 증착시키는 전기분무 공정을 수행하는 것인
리튬이차전지 음극 제조 시스템.
The method of claim 3,
In the spraying unit, while a voltage of 0.1 to 10 kV is applied, the distance between the atomizing nozzle and the substrate is maintained at 10 to 50 cm, and 2 to 5 ml of the negative electrode active material composition Is deposited on the substrate in a droplet state.
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.
제 3 항에 있어서,
상기 음극활물질 조성물은 리튬이차전지용 음극활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재의 혼합물로 구성된 것이며,
상기 음극활물질은 흑연계 물질, 그래핀계, 실리콘계 물질 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상이고,
상기 바인더는 카복시메틸셀룰로오스(CMC), 또는 스타이렌부타디엔러버(SBR) 인 것인
리튬이차전지 음극 제조 시스템.
The method of claim 3,
The negative electrode active material composition is composed of a mixture of a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a binder and optionally a conductive material,
The negative electrode active material may be any one or two or more selected from graphite based materials, graphene based materials, and silicon based materials,
Wherein the binder is carboxymethylcellulose (CMC) or styrene-butadiene rubber (SBR)
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 전기분무부는 상기 멀티노즐부에서 노즐마다 분사되는 음극활물질 조성물의 분사 유량을 다르게 제어하는 제어부;를 더 포함하는
리튬이차전지 음극 제조 시스템.

The method according to claim 1,
And the control unit may control the spraying unit to control the injection flow rate of the anode active material composition sprayed for each nozzle in the multi nozzle unit differently
Lithium secondary battery cathode manufacturing system.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102272516B1 (en) 2020-11-26 2021-07-02 씨아이에스(주) Coating Device And Method With Slot Die

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110201848A (en) * 2019-05-29 2019-09-06 深圳市倍特力电池有限公司 The pole piece of lithium ion battery mends lithium system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332137B1 (en) 2010-07-13 2013-11-21 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 Battery manufacturing method, battery, vehicle and electronic device
JP5445871B2 (en) * 2009-07-31 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 Method for manufacturing battery electrode
JP2015041543A (en) * 2013-08-22 2015-03-02 トヨタ自動車株式会社 Method of producing active material containing film

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100477736B1 (en) * 1998-09-28 2005-06-08 삼성에스디아이 주식회사 Method for manufacturing electrode plate for lithium ion secondary battery and apparatus for manufacturing same
KR101039559B1 (en) 2008-10-16 2011-06-09 경희대학교 산학협력단 Method for Preparation of Organic Thin Film Using Electrospray
KR101237449B1 (en) 2010-01-21 2013-02-26 한국과학기술연구원 A method for preparing Pt thin film using electrospray deposition and Pt thin film formed by the method
CN105122505B (en) 2013-03-15 2017-12-26 应用材料公司 The combined type shower nozzle coating unit with electron spray for lithium ion battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5445871B2 (en) * 2009-07-31 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 Method for manufacturing battery electrode
KR101332137B1 (en) 2010-07-13 2013-11-21 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 Battery manufacturing method, battery, vehicle and electronic device
JP2015041543A (en) * 2013-08-22 2015-03-02 トヨタ自動車株式会社 Method of producing active material containing film

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102272516B1 (en) 2020-11-26 2021-07-02 씨아이에스(주) Coating Device And Method With Slot Die

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