KR20020001416A - Method for manufacturing electrode of lithium polymer battery and lithium polymer battery using the electrode made by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법 및 상기 방법에 의하여 얻어진 전극을 이용한 리튬이온 고분자 전지 제조방법에 관한 것으로서, 특히 극판과 집전체 사이에 낮은 계면저항을 가지도록 하기 위하여 집전체 표면에 전극 슬러리를 한쪽 면 또는 양쪽 면에 직접 도포함으로써 사이클 특성이 우수하고, 고온 및 고율특성이 우수한 전극을 얻을 수 있는 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법 및 상기 방법에 의하여 얻어진 전극을 이용한 리튬이온 고분자 전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a lithium ion polymer battery and a method for manufacturing a lithium ion polymer battery using the electrode obtained by the method, in particular, in order to have a low interface resistance between the electrode plate and the current collector, an electrode slurry on the surface of the current collector. Is applied directly to one or both sides of the lithium ion polymer battery electrode production method and the lithium ion polymer battery electrode manufacturing method using the electrode obtained by the above method can be obtained an electrode excellent in cycle characteristics, high temperature and high rate characteristics It is about.
노트북, 핸드 피시, 이동통신단말기 등 휴대용 기기의 급속한 확산으로 인하여 고용량, 고성능의 재충전용 이차전지에 대한 수요가 급증하고 있다. 리튬이온 고분자 전지는 음극으로 흡장탈착이 가능한 탄소재(카본 또는 카본복합체)를 사용함과 아울로 양극으로 구조변형에 의해서 리튬이온의 충방전이 가능한 리튬복합산화물을 사용하고, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함하는 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 비수 전해액을 사용하여, 양극과 음간에 리튬이온이 이동될 때 기전력을 발생시킴으로써 충,방전이 이루어지도록 한 전지로서, 수분과의 반응성이 크고, 열적으로 불안정한 과량의 전해액을 쓰기 때문에 안정성에 대한 우려가 상존하고 있다. 또한, 전지 포장재로 금속 캔 등을 사용함으로써 에너지 밀도가 떨어짐은 물론 전지형태에 대한 설계 자유도가 자유롭지 못한 단점도 있다.Due to the rapid proliferation of portable devices such as laptops, hand fishes, and mobile communication terminals, the demand for high capacity, high performance rechargeable secondary batteries is rapidly increasing. Lithium ion polymer battery uses carbon material (carbon or carbon composite material) that can be absorbed and desorbed as a negative electrode and lithium composite oxide capable of charging and discharging lithium ions by structural deformation as an anode. Oxygen group, nitrogen group, sulfate group A non-aqueous electrolyte in which lithium salt is dissolved in one or more organic solvents, such as a battery, to generate charge and discharge by generating electromotive force when lithium ions are moved between a positive electrode and a negative electrode, and have a high reactivity with moisture. However, there is a concern about stability since an excessive amount of electrolyte is used which is thermally unstable. In addition, by using a metal can or the like as a battery packaging material, not only the energy density is lowered, but also there is a disadvantage in that the design freedom for the battery type is not free.
이러한 문제점들을 극복하기 위하여 다양한 형태의 전지 설계가 가능하고, 에너지 밀도가 높으며, 소형/경량화가 가능할 뿐만 아니라 안정성이 우수한 리튬이온 고분자 전지를 제공하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 고분자 전해질은 극판 안으로의 리튬이온의 흡장탈착에 의한 전극부피변화에 내구력이 있으며 고체의 성질과 낮은 액체 함량 때문에 액체 전해질보다 반응성이 낮아서 전지 사이클 특성을 개선시킬 수 있으므로 이에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다.In order to overcome these problems, various types of battery designs are possible, energy density is high, small size / light weight is possible, and researches are actively being made to provide a lithium ion polymer battery having excellent stability. The polymer electrolyte has a durability in electrode volume change due to the adsorption and desorption of lithium ions into the electrode plate, and due to the properties of the solid and the low liquid content, the polymer electrolyte is less responsive than the liquid electrolyte, thereby improving battery cycle characteristics. .
이러한 연구 결과 제안된 미국 특허 제5756230호 및 국내 등록특허 제220449호의 리튬이온 고분자 전지 제조방법에는 음극으로 탄소를 사용하고 양극으로 리튬복합산화물을 사용하여 리튬이온 고분자 전지를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이들 방법에서는 전극 활물질, 도전재, 필러 및 고분자를 용매에 녹여서 분산시킨 슬러리를 유리판이나 필름 위에 도포한 극판을 집전체인 그리드에 압착시켜서 전극을 만들고, 극판의 고분자와 고분자 전해질의 고분자는 폴리(비닐리덴플루오라이드-co-헥사플루오르프로필렌)(이하, 약어로 "P(VDF-HFP)"라 칭함)을 사용하고 있다.As a result of this study, the proposed method for manufacturing a lithium ion polymer battery of US Pat. No. 5,562,630 and Korean Patent No. 220449 discloses a method of manufacturing a lithium ion polymer battery using carbon as a negative electrode and a lithium composite oxide as a positive electrode. . In these methods, an electrode is formed by compressing an electrode active material, a conductive material, a filler, and a slurry obtained by dissolving a polymer in a solvent and dispersing a slurry coated on a glass plate or a film on a grid, which is a current collector. Vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (hereinafter, abbreviated as "P (VDF-HFP)") is used.
그러나, 이러한 리튬이온 고분자 전지 제조방법에 있어서는, 극판을 집전체에 압착해서 전극을 제조하기 때문에 고분자 전지는 극판과 집전체의 높은 계면저항과 낮은 접착력으로 인하여 사이클 특성이 저하되고, 낮은 고율특성을 보이는 단점이 있다. 또한, 극판 중의 고분자는 전해질 중에 함침되면 원래부피의 300∼600%로 부풀고 특히 고온에서 고분자의 팽윤은 더 크기 때문에 극판 중의 활물질간 및 극판과 집전체의 결착력이 감소되어 전지의 수명과 용량이 저하된다. 또한, 집전체와 극판의 결착력을 증가시키기 위해서는 고압에서 극판을 집전체에 압착시켜야 하지만 이 경우에는 극판 중의 활물질 구조가 파괴되어 극판이 열화되는 문제점이 있다.However, in the lithium ion polymer battery manufacturing method, since the electrode plate is pressed to the current collector to produce the electrode, the polymer battery has a low cycle rate due to the high interfacial resistance and low adhesion between the electrode plate and the current collector, resulting in low high rate characteristics. There are visible drawbacks. In addition, the polymer in the electrode plate swells to 300 to 600% of the original volume when it is impregnated in the electrolyte, and in particular, the swelling of the polymer is greater at high temperatures, thereby reducing the binding force between the active materials in the electrode plate, the electrode plate and the current collector, and thus reducing the battery life and capacity. do. In addition, in order to increase the binding force between the current collector and the electrode plate, the electrode plate must be pressed against the current collector at high pressure, but in this case, there is a problem in that the active plate structure of the electrode plate is destroyed and the electrode plate is deteriorated.
따라서, 본 발명자들은 상기한 문제점들과 함께 집전체로서 그리드를 사용함으로써 호일을 사용하는 리튬이온전지에 비하여 사이클 특성 및 고율특성이 상대적으로 떨어지는 리튬이온 고분자 전지의 단점, 특히 고온에서 충방전하는 경우에 고분자의 전해액에 의한 팽윤으로 집전체와 활물질간의 결착력이 떨어지고, 극판 내부에서 활물질간의 결착력 감소로 인하여 극판 저항이 증가하여 전지의 사이클 특성 저하됨은 물론 고율 충반전 특성 열화가 크다는 점을 고려하여 집전체에 극판을 압착하지 않고 접전체에 전극 슬러리를 직접 도포하여 전극을 형성할 수 있는 방법을 개발하게 되었다.Therefore, the inventors of the present invention have the disadvantages of the lithium ion polymer battery, which is relatively inferior in cycle characteristics and high rate characteristics compared to the lithium ion battery using foil by using a grid as a current collector together with the above-mentioned problems, especially when charging and discharging at high temperatures. The binding force between the current collector and the active material is reduced due to the swelling of the polymer electrolyte, and the pole plate resistance is increased due to the decrease of the binding force between the active materials in the inside of the electrode plate, thereby degrading the cycle characteristics of the battery and deteriorating high rate charge and charge characteristics. The present invention has been developed a method of forming an electrode by applying the electrode slurry directly to the contact without pressing the electrode plate on the whole.
본 발명은 집전체 표면에 전극 슬러리를 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 직접 도포하여 균일한 두께의 전극을 얻을 수 있도록 함으로써 사이클 특성이 우수하고 특히 고온 및 고율특성이 우수한 리튬이온 고분자 전지를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.The present invention can provide a lithium ion polymer battery having excellent cycle characteristics, particularly high temperature and high rate characteristics by applying an electrode slurry directly to one or both sides on the surface of the current collector to obtain an electrode of uniform thickness. The purpose is to make sure.
도 1은 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법을 수행하기 위한 도포장치를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a coating apparatus for performing a method for manufacturing an electrode for a lithium ion polymer battery according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조된 리튬이온 고분자 전지와 종래 제조방법에 의하여 제조된 리튬이온 고분자 전지의 특성을 비교한 그래프이다.2 is a graph comparing the characteristics of a lithium ion polymer battery manufactured by a manufacturing method according to the present invention and a lithium ion polymer battery prepared by a conventional manufacturing method.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 해권롤 2 : 권취롤1: roll roll roll 2: roll roll
3 : 가이드롤 4 : 다이노즐3: guide roll 4: die nozzle
5 : 건조장치 6 : 집전체5: drying apparatus 6: current collector
7 : 음극 8 : 양극7 cathode 8 anode
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지용 전극제조방법으로서 음극제조방법은, 음극 활물질, 고분자 결착재 및 가소재를 공용매에 녹여 음극 슬러리를 만드는 단계와, 상기 음극 슬러리를 도포장치의 다이노즐을 통하여 일정한 압력으로 분출하여 해권롤로부터 권취롤로 이송되는 집전체의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 도포하는 단계와, 그리고 상기 음극 슬러리가 도포된 집전체를 건조장치로 이송한 다음 공용매를 제거하여 건조시킴으로써 음극을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a negative electrode manufacturing method as an electrode manufacturing method for a lithium ion polymer battery according to the present invention, dissolving a negative electrode active material, a polymeric binder and a plastic material in a co-solvent to make a negative electrode slurry, and applying the negative electrode slurry Spraying at a constant pressure through the die nozzle of the apparatus and applying it to one or both sides of the current collector transferred from the sea roll to the take-up roll; and transferring the current collector to which the negative electrode slurry is applied to the drying apparatus Removing the medium and drying to prepare a negative electrode.
또한, 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법으로서 양극제조방법은, 양극 활물질, 도전재, 고분자 결착재 및 가소재를 공용매에 녹여 양극 슬러리를 만드는 단계와, 상기 양극 슬러리를 도포장치의 다이노즐을 통하여 일정한 압력으로 분출하여 해권롤로부터 권취롤로 이송되는 집전체의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 도포하는 단계와, 그리고 상기 양극 슬러리가 도포된 집전체를 건조장치로 이송한 다음 공용매를 제거하여 건조시킴으로써 양극을 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, a method of manufacturing a positive electrode as a method for manufacturing an electrode for a lithium ion polymer battery according to the present invention includes dissolving a positive electrode active material, a conductive material, a polymer binder, and a plastic material in a co-solvent to form a positive electrode slurry, and applying the positive electrode slurry to a coating apparatus. Spraying at a constant pressure through a die nozzle and applying it to one or both sides of the current collector transferred from the sea roll to the take-up roll; and transferring the current collector coated with the positive electrode slurry to a drying apparatus, Removing and drying to prepare a positive electrode.
또한, 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지 제조방법은 상기 방법들에 의하여 얻어진 음극 및 양극을 이용하여 리튬이온 고분자 전지를 제조하는 방법으로서, 양극/고분자 전해질/음극/고분자 전해질/양극의 순으로 조합하여 건조하는 단계와, 이 건조체를 전지 케이스에 넣어 전지 케이스에 전해액을 주입한 후 포장하여 리튬이온 고분자 전지를 완성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the method for manufacturing a lithium ion polymer battery according to the present invention is a method of manufacturing a lithium ion polymer battery using the negative electrode and the positive electrode obtained by the above methods, and the combination of positive electrode / polymer electrolyte / negative electrode / polymer electrolyte / positive electrode And drying the battery, and putting the dried body into a battery case, injecting an electrolyte solution into the battery case, and then packaging the dried battery to complete a lithium ion polymer battery.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법으로서, 음극제조방법은 다음과 같이 이루어진다.As a method for manufacturing an electrode for a lithium ion polymer battery according to the present invention, a method of manufacturing a negative electrode is performed as follows.
우선, 음극 활물질, 고분자 결착재 및 가소재를 공용매에 녹여 음극 슬러리를 만든다. 다음에, 상기 음극 슬러리를 도 1에 도시된 바와 같이 도포장치의 다이노즐(4)을 통하여 일정한 압력으로 분출하여 해권롤(1)로부터 권취롤(2)로 이송되는 집전체(6)의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 도포한다. 다음에, 상기 음극 슬러리가 도포된 집전체(6)를 건조장치(5)로 이송시키면서 집전체(6)에 도포된 음극 슬러리에 함유된 공용매를 제거하여 건조시킴으로써 집전체(6)의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 극판이 형성된 음극(7)을 제조하여 권취롤(2)에 감는다.First, the negative electrode active material, the polymeric binder, and the plastic material are dissolved in a cosolvent to form a negative electrode slurry. Next, as shown in FIG. 1, one of the current collectors 6, which is ejected at a constant pressure through the die nozzle 4 of the applicator, is transferred from the sea roll roll 1 to the take-up roll 2. Apply on one or both sides. Next, while transferring the current collector 6 coated with the negative electrode slurry to the drying apparatus 5, one of the current collectors 6 is removed by drying the co-solvent contained in the negative electrode slurry applied to the current collector 6. A negative electrode 7 having a pole plate formed on one side or both sides thereof is manufactured and wound on a take-up roll 2.
본 발명에 따르면, 음극 활물질로는 코크를 원로로 하는 메조페이스카본마이크로비드(MCMB), 메조페이스카본파이버(MPCF), 천연흑연계 탄소 및 메조흑연계 탄소를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 조합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.According to the present invention, the negative electrode active material may be any one selected from the group consisting of mesophase carbon microbead (MCMB), mesophase carbon fiber (MPCF), natural graphite carbon and meso graphite carbon based on the coke; It is preferable to use a combination.
또한, 집전체(6)로는 익스펜디드 메탈(expended metal), 펀치드 메탈In addition, as the collector 6, an expanded metal and a punched metal
(punched metal)로 구성된 그리드 또는 호일 중에서 선택된 어느 한가지를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use any one selected from a grid or foil composed of (punched metal).
미설명부호 3은 집전체 및 전극의 이송을 안내하기 위한 가이드롤이다.Reference numeral 3 is a guide roll for guiding the transfer of the current collector and the electrode.
다음에 본 발명에 따른 리튬이온 고분자 전지용 전극 제조방법으로서, 양극제조방법은 다음과 같이 이루어진다.Next, as a method for manufacturing an electrode for a lithium ion polymer battery according to the present invention, a method for producing a cathode is performed as follows.
양극 활물질, 도전재, 고분자 결착재 및 가소재를 공용매에 녹여 양극 슬러리를 만든다. 다음에, 음극 제조방법에서와 마찬가지로 상기 양극 슬러리를 도 1에 도시된 바와 같은 도포장치의 다이노즐(4)을 통하여 일정한 압력으로 분출하여 해권롤(1)로부터 권취롤(2)로 이송되는 집전체(6)의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 도포한다. 다음에, 상기 양극 슬러리가 도포된 집전체(6)를 건조장치(5)로 이송시키면서 집전체(6)에 도포된 양극 슬러리에 함유된 공용매를 제거하여 건조시킴으로써 집전체(6)의 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 극판이 형성된 양극(8)을 제조하여 권취롤(2)에 감는다.A cathode slurry is prepared by dissolving a cathode active material, a conductive material, a polymer binder, and a plastic material in a cosolvent. Next, as in the cathode manufacturing method, the cathode slurry is ejected at a constant pressure through the die nozzle 4 of the coating apparatus as shown in FIG. 1 to be transferred from the sea roll roll 1 to the take-up roll 2. It is applied to one side or both sides of the whole (6). Next, while transporting the current collector 6 coated with the positive electrode slurry to the drying apparatus 5, one of the current collector 6 is removed by drying by removing the co-solvent contained in the positive electrode slurry applied to the current collector 6. A positive electrode 8 having a pole plate formed on one side or both sides thereof is manufactured and wound on a take-up roll 2.
양극 활물질로는 리튬복합산화물인 리튬코발트산화물, 리튬망간산화물, 리튬니켈산화물 및 리튬니켈코발트산화물을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 그리고, 고분자 결착제로서 폴리비닐리덴플루오라이드As the positive electrode active material, any one selected from the group consisting of lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, and lithium nickel cobalt oxide, which is a lithium composite oxide, is used. And polyvinylidene fluoride as a polymeric binder
(PVDF) 고분자 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 공중합체를 사용한다.(PVDF) polymer or polyvinylidene fluoride copolymer is used.
다음에는 상기한 바와 같이 제조된 음극 및 양극을 사용하여 리튬이온 고분자 전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a lithium ion polymer battery using the negative electrode and the positive electrode prepared as described above will be described.
리튬이온 고분자 전지를 제조하는데 사용하는 고분자 전해질을 만들기 위하여, 고분자 매트릭스로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴니트릴(PAN), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS) 또는 공중합체로 이루어진 고분자 중에서 적어도 한가지를 준비한다. 그리고, 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬퍼클로레이트(LiCIO4), 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4), 리튬헥사플로오르아스젠네이트(LiAsF6), 리튬트리플루오르메탄설포네이트(LiCF3SO3) 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 한가지를 포함하는 리튬염을 준비한다. 또한, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC),-부틸로락톤(GBL), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트Polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), polymethyl methacrylate (PMMA), poly At least one of a polymer made of vinyl chloride (PVC), polystyrene (PS) or a copolymer is prepared. Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiCIO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroassenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 And a lithium salt containing at least one of these mixtures. In addition, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), Butyrolactone (GBL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate
(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 테트라하이드로퓨란(THF) 및 이들의 혼합물 중에서 적어도 한가지를 포함하는 고분자 전해질의 용매를 준비하고, 상기 용매를 고분자 매트릭스 및 리튬염에 첨가하여 이들을 녹인 다음 필름 위에 도포하여 건조함으로써 고분자 전해질을 제조한다.(DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), tetrahydrofuran (THF) and a solvent of a polymer electrolyte comprising at least one of these mixtures are prepared, and the solvent is added to the polymer matrix and lithium salt to dissolve them and then film A polymer electrolyte is prepared by applying and drying on the above.
다음에 상기한 제조방법들에 의하여 제조된 양극/고분자 전해질/음극/고분자 전해질/양극의 순으로 권취하고, 이것을 용매에 침적시켜 가소제를 추출하여 건조시킨 후, 이 건조체를 전지 케이스에 넣어 전지 케이스에 전해액을 주입한 후 포장함으로써 최종적으로 리튬이온 고분자 전지를 완성할 수 있다.Next, it is wound in the order of the anode / polymer electrolyte / cathode / polymer electrolyte / anode prepared by the above-described manufacturing methods, and this is immersed in a solvent, the plasticizer is extracted and dried, and the dried body is placed in a battery case. After injecting the electrolyte into the packaging, the lithium ion polymer battery can be finally completed.
본 발명에 따라 제조된 리튬이온 고분자 전지는 충방전 특성을 시험한 결과 극판 슬러리를 유리판이나 필름 위에 도포하여서 된 극판을 집전체인 그리드에 압착시켜 만든 전극을 사용하여 이루어진 종래 리튬이온 고분자 전지에 비하여 집전체와 극판의 계면저항이 낮고, 결착력이 증대되어 리튬이온 고분자 전지의 사이클 특성 및 고율특성이 우수함을 알 수 있었다.The lithium ion polymer battery manufactured according to the present invention has been tested with charge and discharge characteristics, compared with a conventional lithium ion polymer battery using electrodes made by compressing a pole plate slurry coated on a glass plate or a film onto a grid as a current collector. It was found that the interfacial resistance between the current collector and the electrode plate was low and the binding force was increased, so that the cycle characteristics and the high rate characteristics of the lithium ion polymer battery were excellent.
<실시예><Example>
음극 활물질로 MCMB 10-28, 고분자 결착재로 폴리(비닐리덴플루오라이드-co-헥사플루오르프로필렌)(P(VDF-HFP)) 및 가소재로 디부틸프탈레이트를, 이들의 무게비가 75 : 10 : 15의 비율이 되도록 준비하여 아세톤에 녹여 소정의 점도를 가지는 음극 슬러리를 제조하였다.MCMB 10-28 as the negative electrode active material, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) as the polymer binder and dibutyl phthalate as the plastic material, and their weight ratio was 75:10: Prepared to a ratio of 15 and dissolved in acetone to prepare a negative electrode slurry having a predetermined viscosity.
제조된 음극 슬러리는 도 1에 도시된 도포장치로 이송된다. 도포장치의 해권롤(1)에 감긴 집전체(6)가 건조장치(5)를 통과하여 권취롤(2)에 감기도록 준비한 상태에서, 상기 집전체(6)가 일정한 속도로 해권되는 동안 도포장치의 다이노즐(4)을 통하여 집전체(6)의 적어도 한 쪽 면에 음극 슬러리를 직접 도포한다.다이노즐(4)은 집전체(6)의 면에 대하여 90°∼150°의 범위의 각도로 배치되는 것이 바람직하며, 수직이 되도록 배치되는 것이 가장 이상적이다. 이와 같이 다이노즐(4)이 집전체(6)의 면에 수직으로 배치되면 음극 슬러리를 집전체(6)의 양 쪽 면에 동시에 수직으로 도포할 수 있고, 이 경우에는 아세톤과 같이 낮은 비점의 용매를 사용하여 제조된 음극 슬러리를 도포하기에 적당하다.The prepared negative electrode slurry is transferred to the coating apparatus shown in FIG. Applying while the current collector 6 is unsealed at a constant speed while the current collector 6 wound on the winding roll 1 of the applicator is prepared to pass through the drying apparatus 5 and wound onto the take-up roll 2. The negative electrode slurry is directly applied to at least one side of the current collector 6 through the die nozzle 4 of the apparatus. The die nozzle 4 is in the range of 90 ° to 150 ° with respect to the surface of the current collector 6. It is preferably arranged at an angle, most ideally to be perpendicular. In this way, when the die nozzle 4 is disposed perpendicular to the surface of the current collector 6, the negative electrode slurry may be applied to both surfaces of the current collector 6 at the same time and vertically. In this case, a low boiling point such as acetone may be applied. It is suitable for applying a negative electrode slurry prepared using a solvent.
이와 같이 음극 슬러리가 도포된 집전체(6)는 건조장치(5)로 이송되어 가열되어 아세톤을 제거되면서 건조됨으로써 집전체(6)의 적어도 한 면에 극판이 적층된 음극(7)을 얻을 수 있다. 이 음극(7)은 권취롤(2)에 일정한 속도로 권취되기 때문에 연속, 대량생산이 가능하므로 제조원가를 낮출 수 있는 이점이 있다.In this way, the current collector 6 coated with the negative electrode slurry is transferred to the drying apparatus 5 and heated to be dried while removing acetone, thereby obtaining a negative electrode 7 having a pole plate laminated on at least one side of the current collector 6. have. Since the negative electrode 7 is wound on the winding roll 2 at a constant speed, it is possible to continuously and mass-produce the advantage of lowering the manufacturing cost.
그리고, 양극 활물질로 리튬코발트산화물, 도전재로 슈퍼-피(SUPER-P), 고분자 결착재로 폴리(비닐리덴플루오라이드-co-헥사플루오프로필렌)(P(VDF-HFP)) 및 가소재로 디부틸프탈레이트를, 그 무게비가 75 : 4 : 8 : 13의 비율이 되도록 준비하여 아세톤에 녹여 양극 슬러리를 제조하였다. 이 양극 슬러리를 음극제조방법과 같은 제조방을 통하여 집전체(6)에 도포,건조하여 양극(8)을 제조하였다.Lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, SUPER-P as a conductive material, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a polymer binder (P (VDF-HFP)) and a plastic material Dibutyl phthalate was prepared in a weight ratio of 75: 4: 8: 13 and dissolved in acetone to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to the current collector 6 and dried through the same production method as the negative electrode manufacturing method to prepare a positive electrode 8.
한편, 폴리(비닐리덴플루오라이드-co-헥사플루오르프로필렌)(P(VDF-HFP)) 공중합체, 실리카 및 디부틸프탈레이트를 각각 50 : 30 : 20의 무게비로 아세톤에 녹여 필름에 직접 도포하여 열풍건조함으로써 고분자 전해질을 제조하였다.Meanwhile, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) copolymer, silica and dibutyl phthalate were dissolved in acetone at a weight ratio of 50:30:20, respectively, and applied directly to a film by hot air. By drying, a polymer electrolyte was prepared.
그리고, 양극/고분자 전해질/음극/고분자 전해질/양극의 순으로 조합하여 디부틸프탈레이트를 추출,건조한 후에 이를 전지 케이스에 넣고, 1M의 리튬헥사플루오라이드 및 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트로 이루어진 전해액을 전지 케이스에 주입한 후 포장하여 최종적으로 리튬이온 고분자 전지를 완성하였다.Then, dibutyl phthalate was extracted and dried in the order of positive electrode / polymer electrolyte / cathode / polymer electrolyte / anode, and then put into a battery case. After injecting into a package, a lithium ion polymer battery was finally completed.
이와 같이 제조된 리튬이온 고분자 전지를 4.2∼3.0V의 범위에서 1㎃/㎠의 전류를 인가하여 전지의 충방전 특성을 시험한 결과 도 2의 그래프와 같은 결과를 얻었다.As a result of testing the charge / discharge characteristics of the battery by applying a current of 1 mA / cm 2 to the lithium ion polymer battery thus prepared in a range of 4.2 to 3.0 V, the same results as in the graph of FIG. 2 were obtained.
<비교예>Comparative Example
비교예의 리튬이온 고분자 전지는 일반적인 리튬이온 고분자 전지를 제조하는 방법으로 제조되었다.The lithium ion polymer battery of the comparative example was manufactured by the method of manufacturing a general lithium ion polymer battery.
먼저, 실시예와 같이 동일한 방법으로 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 평탄한 유리판 위에 붓고, 탁터블레이드(doctor blade)로 밀어서 도포한 다음 이를 30여분간 상온에서 방치하여 아세톤을 제거함으로써 극판을 얻었다. 이 극판을 집전체(6)인 그리드 양면에 적층하여 롤프레스의 두 롤 사이를 통과,압착시켜 전극을 제조하였다. 또한, 실시예와 동일하게 고분자 전해질 제조공정 및 전지제조공정을 통하여 리튬이온 고분자 전지를 만들고, 이를 4.2∼3.0V의 범위에서 1㎃/㎠의 전류를 인가하여 전지의 충방전 특성을 시험한 결과 도 2의 그래프와 같은 결과를 얻었다.First, a slurry was prepared in the same manner as in Example, the slurry was poured onto a flat glass plate, pushed with a doctor blade to apply the slurry, and then left at room temperature for 30 minutes to remove acetone. The electrode plate was laminated on both sides of the grid, which is the current collector 6, and passed between two rolls of a roll press to compress the electrode. In addition, the lithium ion polymer battery was manufactured through the polymer electrolyte manufacturing process and the battery manufacturing process as in the example, and the charge and discharge characteristics of the battery were tested by applying a current of 1 mA / cm 2 in the range of 4.2 to 3.0 V. The same results as in the graph of FIG. 2 were obtained.
도 2의 그래프에서 알 수 있듯이, 실시예에 따른 리튬이온 고분자 전지는 비교예의 리튬이온 고분자 전지에 비하여 사이클 특성이 개선되었음과 아울러 특히 고율특성이 개선되었다. 또한, 실시예의 리튬이온 고분자 전지에 있어서는 집전체(6) 위에 직접 전극 슬러리가 도포되어 적층되어 극판이 적층됨으로써 극판과 집전체(6)와의 계면저항이 낮고, 전극 저항이 낮아 리튬이온의 충전/방전이 용이해짐으로써 전지의 충방전 효율이 증가됨을 알 수 있었다.As can be seen in the graph of Figure 2, the lithium ion polymer battery according to the embodiment has improved the cycle characteristics and particularly high rate characteristics compared to the lithium ion polymer battery of the comparative example. In addition, in the lithium ion polymer battery of the embodiment, the electrode slurry is applied and laminated directly on the current collector 6, and the electrode plates are laminated, so that the interfacial resistance between the electrode plate and the current collector 6 is low, and the electrode resistance is low, so that the lithium ion is charged / It was found that the charge and discharge efficiency of the battery was increased by facilitating the discharge.
반면에, 비교예의 리튬이온 고분자 전지는 사이클이 진행될수록 용량 열화가 크게 발생하고 충반전 효율도 저하되었다.On the other hand, in the lithium ion polymer battery of the comparative example, capacity deterioration occurred greatly as the cycle progressed, and charging and discharging efficiency also decreased.
상기한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 집전체(6) 표면에 전극 슬러리를 한 쪽 면 또는 양쪽 면에 도포하여 전극을 만들고, 이 전극을 이용하여 리튬이온 고분자 전지를 제조하도록 이루어짐으로써, 극판과 집전체(6)와의 계면저항이 낮고, 전극 저항이 낮아 리튬이온의 충전/방전이 용이해져 전지의 충방전 효율이 증가되므로 리튬이온 고분자 전지의 수명을 연장시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the electrode slurry is applied to one or both surfaces of the current collector 6 to form an electrode, and the electrode plate is made to manufacture a lithium ion polymer battery by using the electrode. Since the interfacial resistance with the current collector 6 is low and the electrode resistance is low, lithium ions are easily charged and discharged, thereby increasing the charge and discharge efficiency of the battery, thereby extending the life of the lithium ion polymer battery.
또한, 별도로 극판을 만들어 집전체(6)에 압착하지 않고, 도포에 의하여 집전체(6)에 극판이 적층되도록 함으로써 리튬이온 고분자 전지용 전극의 제조공수 절감 및 생산성 향상에 의하여 리튬이온 고분자 전지의 제조원가를 낮출 수 있다.In addition, the electrode plate is laminated on the current collector 6 without coating by pressing it to the current collector 6, and the manufacturing cost of the lithium ion polymer battery is reduced by reducing the number of manufacturing processes and improving productivity of the electrode for the lithium ion polymer battery. Can be lowered.
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