KR20090118588A - Manufacturing method of electrode for energy storage devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차 전지, 전기이중층 커패시터의 에너지 저장 디바이스용 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극몰드에 의한 가압 또는 가압 및 가열 과정을 거쳐 제조된 압분체 전극을 제조하여, 전극의 크기 및 형상을 용이하게 제어할 수 있어 재료의 손실이 적으며 전체 면적에 균일한 밀도를 유지하는 에너지 저장 디바이스용 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for an energy storage device of a lithium secondary battery and an electric double layer capacitor, and in particular, to manufacture a green compact electrode manufactured through a pressurized or pressurized and heated process by an electrode mold, and thus the size and shape of the electrode. The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for an energy storage device, which can easily control the energy loss, and thus maintains a uniform density over the entire area.
일반적으로, 리튬이차전지 또는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor;ELDC)와 같은 에너지 저장 디바이스용 전극은 금속산화물, 폴리머 및 흑연 또는 다공성 활성탄과 같이 용량을 저장하는 활물질과, 전기전도도가 우수한 도전재 및 바인더로 구성된다. 이들 성분은 정전용량 및 전극저항을 고려하여 일정한 비율로 배합한 후 금속성 메쉬 또는 금속성 호일 위에 도포 또는 접착된다.In general, electrodes for energy storage devices such as lithium secondary batteries or electric double layer capacitors (ELDC) include active materials that store capacities such as metal oxides, polymers, and graphite or porous activated carbon, and conductive materials having excellent electrical conductivity. And a binder. These components are formulated at a constant rate in consideration of capacitance and electrode resistance and then applied or adhered onto the metallic mesh or metallic foil.
전극의 제조방법은 일반적으로 일정비율의 분말 또는 섬유형상의 활물질, 용해성 바인더 및 카본 블랙 등과 같은 도전재를 혼합하여 슬러리 상태로 만들어 금속 호일 위에 도포(Coating)하여 제조하는 슬러리 도포방식과, 분말 또는 섬유형상 의 활물질, 카본 블랙과 같은 도전재 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, 이하 "PTFE"라 칭함)을 페이스트(paste) 상태로 만들고 이를 반복 압연하여 일정 두께의 시트(sheet) 형태의 전극으로 제조하는 반복 압연 방식으로 나눌 수 있다.In general, a method of preparing an electrode includes a slurry coating method of manufacturing a powder or a conductive material such as a fibrous active material, a soluble binder, and carbon black to make a slurry and coating the metal foil to produce a slurry. A fibrous active material, a conductive material such as carbon black, and polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as "PTFE") are made into a paste state and repeatedly rolled to form a sheet-shaped electrode having a predetermined thickness. It can be divided into repeat rolling method to manufacture.
상기 슬러리 도포방식이나 반복 압연방식에 의해 제조된 전극은 통상적으로 사용 용도보다 넓은 면적으로 제조될 수밖에 없어, 전기이중층 커패시터 또는 리튬이차전지와 같은 디바이스에 적용하기 위해서는 커터 또는 펀칭기로 일정한 형상 또는 크기로 재단되어야 한다. 이렇게 재단된 전극은 단자를 부착한 채로 적층 또는 권취되어 에너지 저장 디바이스의 조립에 사용된다.The electrode produced by the slurry coating method or the repeated rolling method is usually forced to be manufactured in a larger area than the intended use, and in order to apply to devices such as an electric double layer capacitor or a lithium secondary battery, a cutter or a punching machine has a predetermined shape or size. Must be cut The electrodes thus cut are laminated or wound with the terminals attached and used for the assembly of the energy storage device.
그러나 상기와 같이 특정 형상으로 재단되고 남은 전극은 재활용이 불가능하므로 재료의 손실이 클 뿐만 아니라, 전극의 재단면은 커터 날 또는 펀칭기의 상부 압착부의 거칠기와 압력 정도에 따라 밀도가 틀린 불규칙면이 나타나게 되는데, 이러한 불규칙 재단면은 에너지 저장 디바이스의 조립 시 마주보는 전극들 간의 접촉저항을 증가시켜 디바이스의 내부저항의 증가 및 이에 따른 용량 감소를 초래한다. 특히 코인 셀과 같이 전극 면적이 적을수록 재단면이 차지하는 불균일 면은 증가하여 전극밀도를 저하시키고 디바이스의 내부저항을 증가시키게 된다.However, since the electrode is cut to a specific shape and the remaining electrode is impossible to recycle, the loss of material is large, and the cutting surface of the electrode may cause irregular surfaces of different densities depending on the roughness and pressure of the upper pressing portion of the cutter blade or punching machine. This irregular cutting surface increases the contact resistance between the facing electrodes in the assembly of the energy storage device, resulting in an increase in the internal resistance of the device and thus a decrease in capacity. In particular, as the electrode area is smaller, such as a coin cell, the non-uniform surface occupied by the cutting surface increases, thereby decreasing electrode density and increasing internal resistance of the device.
본 발명은 기존의 전극 제조 방식에서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극몰드에 의한 가압 또는 가압 및 가열 과정을 거쳐 제조된 압분체 전극을 제조하여, 전극의 크기 및 형상을 용이하게 제어할 수 있어 재료의 손실이 적으며 전체 면적에 균일한 밀도를 유지하여 손실이 없는 에너지 저장 디바이스용 전극의 제조방법을 그 해결과제로 한다.The present invention is to solve the problems occurring in the conventional electrode manufacturing method, by manufacturing a green compact electrode manufactured through the pressing or pressing and heating process by the electrode mold, it is possible to easily control the size and shape of the electrode The problem is that a method for producing an electrode for energy storage device which has no loss of material and maintains uniform density over the entire area has no loss.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 있어서, 활물질 분말, 도전재 및 바인더를 균일하게 혼합시켜 혼합페이스트를 제조시키는 혼합단계와; 상기 혼합페이스트를 칭량하여 전극몰드에 주입시키는 주입단계와; 상기 전극몰드에 주입된 혼합페이스트를 가압하여 압분체를 제조시키는 가압단계와; 상기 전극몰드에서 상기 압분체를 분리시키는 분리단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법을 기술적 요지로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing an electrode for an energy storage device, comprising: a mixing step of uniformly mixing the active material powder, the conductive material and the binder to prepare a mixing paste; An injection step of weighing and mixing the mixture paste into an electrode mold; A pressurizing step of manufacturing a green compact by pressing the mixed paste injected into the electrode mold; An electrode manufacturing method for an energy storage device, characterized in that it comprises a; separating step of separating the green compact from the electrode mold.
또한, 상기 주입단계에서의 전극몰드는, 전극의 형태 및 크기에 대응되는 주입공이 형성된 중간몰드와; 상기 중간몰드 상측에 결합되며, 상기 주입공에 대응되게 상부가압구가 돌출되게 형성된 상부몰드와; 상기 중간몰드 하측에 결합되며, 상기 주입공에 대응되게 하부가압구가 돌출되게 형성된 하부몰드;를 포함하여 구성되어, 상기 주입공 상하부로 상부가압구 및 하부가압구가 삽입되어 상기 주입공 내부 에 주입된 상기 혼합페이스트를 가압시키는 것이 바람직하다.In addition, the electrode mold in the injection step, the middle mold and the injection hole corresponding to the shape and size of the electrode; An upper mold coupled to an upper side of the intermediate mold and formed to protrude an upper pressing hole corresponding to the injection hole; The lower mold is coupled to the lower side of the intermediate mold, the lower mold is formed so as to project the lower pressure port to correspond to the injection hole, including, the upper and lower pressure port is inserted into the upper and lower injection holes inside the injection hole It is preferable to pressurize the mixed paste injected.
또한, 상기 가압단계에서는, 상기 혼합페이스트의 가압과 동시에, 상기 전극 구성물 중 바인더의 연화점 또는 상기 바인더에 따라 연화점과 기화점 온도 범위 내에서 가열시키는 것이 바람직하다.Further, in the pressing step, at the same time as the pressing of the mixture paste, it is preferable to heat the softening point and the vaporization point temperature range in accordance with the softening point of the binder or the binder of the electrode component.
또한, 상기 분리단계 다음에, 상기 바인더의 연화점 또는 상기 바인더에 따라 연화점과 기화점 온도 범위 내에서 가열시키는 것이 바람직하다.Further, after the separation step, it is preferable to heat the softening point and the vaporization point temperature range according to the softening point of the binder or the binder.
또한, 상기 가압단계에서의 압분체의 두께는, 50~800㎛, 바람직하게는 100~500㎛이다.In addition, the thickness of the green compact in the pressing step is 50 ~ 800㎛, preferably 100 ~ 500㎛.
또한, 상기 혼합단계에서의 혼합페이스트의 구성 성분 간의 비율은, 활물질 분말은 80~94 중량부, 도전재는 3~10 중량부, 바인더는 3~10 중량부인 것이 바람직하다.In addition, the ratio between the components of the mixing paste in the mixing step, the active material powder is preferably 80 to 94 parts by weight, the conductive material is 3 to 10 parts by weight, the binder is 3 to 10 parts by weight.
또한, 상기 활물질 분말은, 리튬을 포함하는 리튬금속산화물 LiMOx(M은 Ti, Mn, Co, Ni 및 이들의 혼합금속), 금속산화물 MOx(M은 Ti, Mn, Co, Ni, Ru 및 이들의 혼합금속), 비정질 탄소, 흑연화 탄소 및 흑연 분말 중 어느 한 종류 또는 두 종류 이상이 혼합되어 구성된 것이 바람직하다.In addition, the active material powder is lithium metal oxide LiMO x (M is Ti, Mn, Co, Ni, and mixed metals thereof) containing lithium, metal oxide MO x (M is Ti, Mn, Co, Ni, Ru and It is preferable that any one or two or more of these mixed metals), amorphous carbon, graphitized carbon, and graphite powder are mixed and configured.
또한, 상기 도전재는, 카본블랙(Carbon black), 하드카본(Hard carbon), 소프트카본(Soft carbon), 흑연(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube), 금속 분말(Al, Pt, Ni, Cu, Au, Stainless steel 중에 어느 하나 또는 한 종류 이상을 포함하는 합금) 및 상기 금속 분말을 무전해 도금에 의해 카본블랙(Carbon black), 하드카본(Hard carbon), 소프트카본(Soft carbon), 흑연(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 중 어느 하나에 코팅한 분말 중 어느 하나 또는 두 종류 이상이 혼합되어 구성된 것이 바람직하다.In addition, the conductive material may be carbon black, hard carbon, soft carbon, graphite, carbon nanotubes, metal powders (Al, Pt, Ni, Carbon black, hard carbon, soft carbon, graphite by electroless plating the metal powder) and the metal powder of Cu, Au, or stainless steel) It is preferable that any one or two or more kinds of powders coated on any one of Graphite and Carbon nanotubes are mixed.
또한, 상기 바인더는, CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinyl alcohol), PVDF(Polyvinyliene fluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone), MC(Methyl cellulose), 라텍스 계열인 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알, 비스페놀계 에폭시 수지 및 Styrene Butadiene Rubber(SBR) 계열인 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the binder is CMC (Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP (Polyvinylpyrrolidone), MC (Methyl cellulose), latex-based ethylene-vinyl chloride copolymer resin, vinylidene chloride latex, chlorination Resins, vinyl acetate resins, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, bisphenol-based epoxy resins and butadiene rubbers, isoprene rubbers, nitrile butadiene rubbers, urethane rubbers, silicone rubbers, acrylic rubbers and PTFE (SBR) series It is preferable to use any one or two or more kinds of polytetrafluoroethylene).
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 전극몰드에 의해 가압 또는 가압 및 가열 과정을 거쳐 제조된 압분체 전극은 사용 디바이스의 용도에 맞게 크기 및 형상을 용이하게 제어할 수 있기 때문에 커터 칼 또는 펀칭기에 의한 전극 크기 및 형상의 재단이 필요없고, 전극의 손실이 없어 사용 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.According to the above-mentioned problem solving means, the present invention, the green compact electrode manufactured through the pressurized or pressurized and heated process by the electrode mold can easily control the size and shape according to the use of the device to be used in the cutter knife or punching machine There is no need to cut the size and shape of the electrode, there is no loss of the electrode has the effect of maximizing the use efficiency.
또한 가압 또는 가압 및 가열 과정을 거쳐 제조된 압분체 전극은 재단에 따른 불균일 형상 면이 존재하지 않고 동일 면적에 균일한 밀도를 유지하고 있어 에너지 저장 디바이스에 전극으로 활용할 경우 에너지 저장 디바이스의 내부 저항을 감소시켜 출력특성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the green compact electrode manufactured through the pressurization or pressurization and heating process does not have a non-uniform surface according to the cutting and maintains a uniform density in the same area. There is an effect of improving the output characteristics by reducing.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 대한 공정도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 있어서, 전극몰드에 대한 사시도 및 측면도이다.1 is a process chart of the electrode manufacturing method for an energy storage device according to the present invention, Figures 2 and 3 are a perspective view and a side view of the electrode mold in the electrode manufacturing method for an energy storage device according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극의 제조방법은, 크게 전극재료를 균일하게 혼합하는 혼합단계, 혼합된 재료를 전극몰드에 주입하는 주입단계, 주입된 전극재료를 가압시켜 압분체(20)로 제조하는 가압단계 및 상기 압분체(20)를 전극몰드로 부터 분리시키는 분리단계로 이루어진다.As shown, the manufacturing method of the electrode for an energy storage device according to the present invention, the mixing step of largely mixing the electrode material uniformly, the injection step of injecting the mixed material into the electrode mold, the pressed electrode material to press the green compact It consists of a pressing step of manufacturing a 20 and a separating step of separating the
먼저, 상기 혼합단계에 대해 설명하고자 한다.First, the mixing step will be described.
상기 혼합단계는 에너지 저장 디바이스용 전극의 구성 성분인 활물질 분말, 도전재 및 바인더를 포함하는 재료를 혼합시키는 단계로, 각 구성 성분을 일정 중량으로 칭량하여 일정 시간 동안 혼합시켜 혼합페이스트(10)를 제조하는 단계이다.The mixing step is a step of mixing a material containing an active material powder, a conductive material and a binder as a component of an electrode for an energy storage device, by weighing each component to a predetermined weight and mixing for a predetermined time to mix the mixture paste 10 Manufacturing step.
상기 구성 성분들 간의 혼합 비율은, 활물질 분말은 80~94 중량부, 도전재는 3~10 중량부, 바인더는 3~10 중량부 정도로 한다.The mixing ratio between the components is about 80 to 94 parts by weight of the active material powder, 3 to 10 parts by weight of the conductive material, and 3 to 10 parts by weight of the binder.
또한, 상기 혼합단계는, 회전밀, 진동밀, 아트리션밀, 행성밀(planetary mill) 및 임펠러를 이용한 고속 믹서기 중의 어느 한 방법에 의해 이루어지며, 여기에서 바인더의 뭉침 현상을 방지하고자 필요에 의해 상기 혼합페이스트(10)에 에틸 알코올, 메틸 알코올, 이소 프로필 알코올 또는 N-메틸-2-피롤리돈과 같은 윤활제를 더 첨가할 수도 있다.In addition, the mixing step is made by any one of a high-speed mixer using a rotary mill, vibration mill, atrium mill, planetary mill (impeller) and impeller, where necessary to prevent the aggregation of the binder as necessary A lubricant such as ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol or N-methyl-2-pyrrolidone may be further added to the mixed
또한, 상기 활물질 분말은, 리튬을 포함하는 리튬금속산화물 LiMOx(M은 Ti, Mn, Co, Ni 및 이들의 혼합금속), 금속산화물 MOx(M은 Ti, Mn, Co, Ni, Ru 및 이들의 혼합금속), 비정질 탄소, 흑연화 탄소 및 흑연 분말 중 어느 한 종류 또는 두 종류 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 여기에 전극의 전기화학적, 기계적 특성을 더욱 향상시키고자 평균입도(D50)가 50~800㎛, 보다 바람직하게는 100~500㎛, 비표면적이 500~3,000m2/g, 보다 바람직하게는 1000~2500m2/g의 기공을 가지는 활성탄과 같은 다공성 마이크로 크기의 탄소 분말을 더 첨가할 수도 있으며, 필요에 의해 폴리머 등을 더 첨가할 수도 있다.In addition, the active material powder is lithium metal oxide LiMO x (M is Ti, Mn, Co, Ni, and mixed metals thereof) containing lithium, metal oxide MO x (M is Ti, Mn, Co, Ni, Ru and Mixed metals thereof), amorphous carbon, graphitized carbon, and graphite powders of any one kind or a mixture of two or more kinds thereof may be used, and in order to further improve the electrochemical and mechanical properties of the electrode, an average particle size (D 50 ) Is 50 to 800 µm, more preferably 100 to 500 µm, carbon microporous carbon powder such as activated carbon having a specific surface area of 500 to 3,000 m 2 / g, more preferably 1000 to 2500 m 2 / g May be added further, and a polymer etc. may be further added as needed.
또한, 상기 도전재로는 카본블랙(Carbon black), 하드카본(Hard carbon), 소프트카본(Soft carbon), 흑연(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube), 금속 분말(Al, Pt, Ni, Cu, Au, Stainless steel 중에 어느 하나 또는 한 종류 이상을 포함하는 합금) 및 상기 금속 분말을 무전해 도금에 의해 카본블랙(Carbon black), 하드카본(Hard carbon), 소프트카본(Soft carbon), 흑연(Graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 중 어느 하나에 코팅한 분말 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the conductive material may be carbon black, hard carbon, soft carbon, graphite, carbon nanotube, metal powder (Al, Pt, Ni). , Cu, Au, alloy containing any one or more than one type of stainless steel) and the metal powder by electroless plating, carbon black (hard carbon), hard carbon (Hard carbon), soft carbon (Soft carbon), One or two or more kinds of powder coated on one of graphite and carbon nanotubes may be mixed and used.
또한, 상기 바인더는, CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinyl alcohol), PVDF(Polyvinyliene fluoride), PVP(Polyvinylpyrrolidone), MC(Methyl cellulose), 라텍스 계열인 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알, 비스페놀계 에폭 시 수지 및 Styrene Butadiene Rubber(SBR) 계열인 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, PTFE(Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 바인더는 섬유상의 네트웍(network) 구조를 형성하여, 상기 전극 구성 성분을 바인더의 네트웍 구조 내에서 고착시켜 균일한 분산이 가능하도록 한 것이다.In addition, the binder is CMC (Carboxymethylcellulose), PVA (Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP (Polyvinylpyrrolidone), MC (Methyl cellulose), latex-based ethylene-vinyl chloride copolymer resin, vinylidene chloride latex, chlorination Resins, vinyl acetate resins, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, bisphenol-based epoxy resins, and butyene rubbers, isoprene rubbers, isoprene rubbers, nitrile butadiene rubbers, urethane rubbers, silicone rubbers, acrylic rubbers, PTFEs based on Styrene Butadiene Rubber (SBR) Any one or two or more kinds of (Polytetrafluoroethylene) may be used in combination. The binder forms a fibrous network structure so that the electrode components are fixed in the binder network structure to enable uniform dispersion.
다음으로, 상기 주입단계에 대해 설명하고자 한다.Next, the injection step will be described.
상기 주입단계는 상기 혼합단계에서 제조된 혼합페이스트(10)를 일정 중량으로 칭량하여 소정 형상으로 이루어진 전극몰드에 주입시키는 단계이다. 상기 전극몰드는 주입된 혼합페이스트(10)를 가압하여 사용하고자 하는 전극의 형태(사각형, 원형 디스크 등)의 압분체(20)로 제조하고자 하는 것으로, 전극형상에 대응되는 주입공간부가 형성된 몸체와 상기 주입공간부에 주입된 혼합페이스트를 압착시키고자 하는 가압체만 있는 형태이면 무방하며, 이는 수동 또는 자동으로 순차적으로 압착과 분리과정이 이루어질 수 있도록 설계할 수도 있다.The injection step is a step of weighing the
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전극몰드는 전극재료의 낭비를 막고, 상기 압분체(20)의 용이한 분리를 위해서 중간몰드(100) 그리고 그 상측 및 하측에 결합되는 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 2, the electrode mold prevents waste of electrode material, and the
상기 중간몰드(100)는 판상으로 형성되며, 전극의 형상 즉, 형태 및 크기에 대응되어 상하로 관통되는 주입공(110)이 형성되어 있다. 상기 주입공(110)은 도 2 에 도시된 바와 같이 전극의 면적에 따라 중간몰드(100) 상에 한 개가 형성되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 전극을 동시에 제조하여 생산효율을 높이고자 다수개가 형성될 수도 있다.The
그리고, 상기 상부몰드(200)는 상기 중간몰드(100) 상측에 결합되며, 상기 주입공(110)에 대응되게 상부가압구(210)가 돌출되게 형성되고, 상기 하부몰드(300)는 상기 중간몰드(100) 하측에 결합되며, 상기 주입공(110)에 대응되게 하부가압구(310)가 돌출되게 형성되어, 상기 중간몰드(100)의 주입공(110)으로 상기 상부가압구(210) 및 하부가압구(310)가 삽입되도록 상기 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)를 중간몰드(100) 상하부 측으로 결합시킨다. 즉, 상기 상부가압구(210) 및 하부가압구(310)는 상기 주입공(110) 상하측으로 삽입되어 결합하되, 상기 주입공(110) 내부에서 가압된 압분체(20)가 소정 두께를 가지도록 일정 압력으로 결합되는 것이 바람직하다.In addition, the
여기에서, 상기 중간몰드(100)의 주입공(110)에 상기 혼합페이스트(10)를 주입한 후 상기 중간몰드(100)의 상하측으로 상기 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)를 결합시켜 주입공(110) 상하측으로 혼합페이스트(10)를 가압시키거나, 상기 중간몰드(100)의 하측에 하부몰드(300)를 결합시킨 후 상기 혼합페이스트(10)를 주입공(110)에 주입하고 상기 상부몰드(200)를 중간몰드(100) 상측으로 결합시켜 주입공(110) 상측으로 혼합페이스트(10)를 가압시킬 수도 있다.Here, after injecting the mixing paste 10 into the
다음으로, 상기 가압단계는 상기 전극몰드에 주입된 혼합페이스트(10)를 가 압하여 압분체(20)로 제조시키는 단계로써, 주입공(110)에 전극의 두께 및 크기, 용량에 대응되게 혼합페이스트(10)를 적절하게 칭량하여 상기 전극몰드의 주입공(110)에 주입한다.Next, the pressing step is to press the mixture paste 10 injected into the electrode mold to produce a
상술한 바와 같이, 상기 중간몰드(100)의 하측에 이미 하부몰드(300)를 결합한 상태에서 상기 혼합페이스트(10)를 주입하여 상부몰드(200)를 결합시킴에 의해 상측으로만 가압시킬 수도 있으며, 혼합페이스트(10)의 주입공(110)에의 주입 후 상기 중간몰드(100) 상하측으로 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)를 결합시킴에 의해 상하측으로 가압시킬 수도 있다.As described above, by injecting the mixing paste 10 in a state in which the
상기 압분체(20)의 두께는 전극의 두께에 대응되게 형성되며, 바람직하게는 50~800㎛, 바람직하게는 100~500㎛ 정도로 형성되도록 하며, 바인더의 연화를 고려하여 전극의 두께보다 약간 두껍게 형성시킬 수도 있다. 상기 압분체(20)의 두께를 고려하여 혼합페이스트(10)에 작용하는 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)에 의한 가압력을 조절하도록 한다.The thickness of the green compact 20 is formed to correspond to the thickness of the electrode, preferably 50 ~ 800㎛, preferably formed about 100 ~ 500㎛, and slightly thicker than the thickness of the electrode in consideration of the softening of the binder It may be formed. Considering the thickness of the
상기 전극몰드에 의해 제조된 압분체(20)는 전극을 구성하는 재료의 성분비와 바인더 분말의 미세화에 따라 자체적으로도 형상 유지가 가능하며 전극으로 활용도 가능하다. 또한, 전극 구성 성분들 중 바인더의 첨가량이 많고 미세하게 분산될 경우 바인더 분말은 인접하는 활물질 또는 도전재들과의 접촉면이 넓어지고 압력에 의해 증가된 접촉면은 순간 가압 효과에 의해 바인더를 연화시켜 인접 분말 또는 섬유들과의 결합력을 향상시켜, 가압 효과만으로도 압분체(20)는 그 형상 유지가 가능하며 바인더의 연화에 의해 각 구성 성분 간의 결합력을 향상시키게 된 다.The green compact 20 manufactured by the electrode mold may maintain its shape according to the component ratio of the material constituting the electrode and the miniaturization of the binder powder, and may be utilized as an electrode. In addition, when the amount of binder added is fine and finely dispersed among the electrode components, the binder powder becomes wider in contact with adjacent active materials or conductive materials, and the contact surface increased by pressure softens the binder by a momentary press effect. By improving the binding force with the powder or fibers, the
한편, 압분체(20)의 결착력이 약할 경우 압분체(20)를 전극몰드에 삽입된 상태 또는 압분체(20)를 전극몰드에서 분리한 상태에서 가열하여 각 구성 성분 간의 결착력을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when the binding force of the green compact 20 is weak, the green compact 20 may be heated in a state in which the green compact 20 is inserted into the electrode mold or the green compact 20 is separated from the electrode mold to improve the binding force between the components. .
상기 가압단계와 동시에 상기 압분체(20)를 전극몰드에 삽입시킨 상태에서 상기 바인더의 연화점이나 상기 바인더에 따라 연화점과 기화점의 온도 범위에서 적절한 온도를 선택하여 압분체(20)를 가열시킬 수도 있다. 이는 상기 전극몰드 내부에 열선 등을 형성시키거나, 상기 전극몰드 하측에 핫플레이트(hot plate)를 설치하거나 아니면, 상기 전극몰드 자체를 핫프레스(hot press)에 장입하는 등 여타의 가열체(H)에 의해 상기 압분체(20)에 열이 전달되도록 하는 것이다. 또한 상기 전극몰드 자체를 가열하기 위해서 분위기 조절이 용이한 열처리 로에 삽입하여 가열할 수도 있다.Simultaneously with the pressing step, the green compact 20 may be heated by selecting an appropriate temperature in the temperature range of the softening point and the vaporizing point according to the softening point of the binder or the binder while the green compact 20 is inserted into the electrode mold. have. It is possible to form a heating wire in the electrode mold, to install a hot plate under the electrode mold, or to insert the electrode mold itself into a hot press. By heat transfer to the
즉, 압분체(20)를 특정 분위기 또는 대기 중에서 일정 온도 이상에서 열처리할 경우, 압분체(20)에 포함되는 바인더는 연화되어 인접하는 활물질 또는 도전재들과의 접촉면적이 넓어지고 결착력이 향상되게 된다. 또한 가열 중 압착을 할 경우 바인더의 연화점보다 높은 온도에서 가열하는 것이 가능하고, 전극의 밀도를 보다 더 증가시키는 효과를 가져오게 된다.That is, when the green compact 20 is heat-treated at a certain temperature or above in a specific atmosphere or air, the binder included in the green compact 20 is softened to increase the contact area with adjacent active materials or conductive materials and improve the binding force. Will be. In addition, when pressing during heating, it is possible to heat at a temperature higher than the softening point of the binder, resulting in an effect of increasing the density of the electrode even more.
이와 같이, 상기 전극몰드에 형성된 주입공(110)의 형상에 의해 전극의 형상 및 크기 제어가 용이하고, 가압되는 정도를 조절하여 압분체(20)의 밀도를 용이하게 선택할 수 있어, 다양한 용도에 적용할 수 있는 전극의 제조가 가능하게 된다.As such, the shape and size of the electrode can be easily controlled by the shape of the
다음으로 상기 분리단계는 상기 전극몰드에서 상기 압분체(20)를 분리시키는 단계로, 상기 중간몰드(100)로부터 상부몰드(200) 또는 하부몰드(300)를 분리시킨 후 상기 중간몰드(100)의 주입공(110)으로부터 상기 압분체(20)를 분리시키도록 한다. 분리된 압분체(20)는 별도의 상기 바인더의 연화점 또는 상기 바인더에 따라 연화점과 기화점의 온도범위에서 적절한 온도를 선택하여 가열 과정을 더 거칠 수도 있으며, 이는 핫플레이트 등과 같은 가열체(H) 상면에 압분체(20)를 올려놓음으로써 실현시킬 수 있다. 또한 분리한 압분체를 온도와 분위기의 조절이 용이한 열처리 로에서 삽입한 후 가열할 수 있다.Next, the separating step is a step of separating the green compact 20 from the electrode mold, after separating the
상기의 과정에 의해 제조된 압분체(20)는 제조 과정에서부터 전극의 형태 및 크기에 대응되어 제조되므로, 종래의 재단 방식과는 달리 재료의 낭비가 거의 없으며, 재단에 따른 불균일 형상 면이 존재하지 않고 동일 면적에 균일한 밀도를 유지하고 있어 에너지 저장 디바이스의 전극으로 활용할 경우 에너지 저장 디바이스의 내부 저항을 감소시켜 출력특성을 향상시키게 된다.Since the green compact 20 manufactured by the above process is manufactured to correspond to the shape and size of the electrode from the manufacturing process, unlike the conventional cutting method, there is little waste of material and there is no non-uniform surface according to the cutting. In addition, since the same density is maintained in the same area, when used as an electrode of the energy storage device, the internal resistance of the energy storage device is reduced to improve the output characteristics.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예 및 실험예에 대해 살펴보고자 한다. 그러나 하기의 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. Hereinafter will be described with respect to specific examples and experimental examples of the present invention. However, the following examples and experimental examples are provided only to explain the present invention in more detail, and do not limit the technical scope of the present invention.
<< 실시예Example 1> 1>
본 발명의 실시예에 사용한 활물질 분말은 평균입도가 30㎛이고 비표면적인 2000m2/g인 활성탄(일본, 관서열화학사 제품)을 사용하였으며, 도전재로서는 Super P black(벨기에, MMM arbon사 제품) 및 바인더로서는 CMC와 SPB를 4 : 1 중량 %로 혼합하여 사용하였다.The active material powder used in the embodiment of the present invention used activated carbon having a mean particle size of 30 μm and a specific surface area of 2000 m 2 / g (Japan, KK), and as a conductive material, Super P black (Belgium, MMM arbon) ) And binder were used by mixing CMC and SPB in 4: 1% by weight.
구성 성분들의 실험에 이용한 중량비는 활성탄 분말이 90 중량%, Super P black이 5 중량% 및 혼합 바인더가 5 중량%를 사용하였다. 각 구성성분들의 혼합을 위해 구성물들을 500ml의 반응기에 넣고 임펠러를 이용하여 2,000rpm에서 30분 회전시켜 교반하였다. 교반이 완료된 혼합페이스트(10) 0.7mg을 도 3에 도시된 중간몰드(100)에 삽입한 후 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)의 상하부에서 10kg의 압력으로 압착한 후 온도가 조절되는 핫프레스(hot press)(H)에 장입하였다.As for the weight ratio used for the experiment of the component, 90 weight% of activated carbon powder, 5 weight% of Super P black, and 5 weight% of mixed binder were used. The components were mixed into 500 ml of reactor for mixing of the components and stirred by rotating at 2,000 rpm for 30 minutes using an impeller. After the stirring is completed, 0.7mg of the
혼합페이스트(10)가 주입된 전극몰드를 핫프레스(H)의 상부 프레스로 100kg의 압력을 가하고, 10-2torr의 진공 분위기에서 CMC의 연화점인 300℃에서 열처리하였다. 가압 열처리가 완료된 압분체(20)는 전극몰드에서 분리시킨다.The electrode mold, into which the
이에 의해 제조된 전극의 size는 직경이 2.4mm이고 두께는 480㎛이었다. 이들 전극의 밀도는 0.55g/ml이고, 전극의 전기화학적 특성은 414형 cell 부품을 이용하여 조립하였으며, 이 셀의 1kHz에서의 내부저항과 0.02mA/cm2의 전류밀도에서 측정한 용량은 각각 80Ω과 0.08F이었다.The size of the electrode thus prepared was 2.4 mm in diameter and 480 μm in thickness. These electrodes had a density of 0.55 g / ml and the electrochemical properties of the electrodes were assembled using a 414 cell component, and the capacity measured at an internal resistance of 1 kHz and a current density of 0.02 mA / cm 2 , respectively. 80 kPa and 0.08F.
<< 실시예Example 2> 2>
본 발명의 실시예에 사용한 활물질 분말은 평균입도가 30㎛이고 비표면적인 2000m2/g인 활성탄(일본, 관서열화학사 제품)을 사용하였으며, 도전재로서는 Super P black(벨기에, MMM arbon사 제품) 및 바인더로서는 CMC와 SPB를 4 : 1 중량 %로 혼합하여 사용하였다. 구성 성분들의 실험에 이용한 중량비는 활성탄 분말이 90중량%, Super P black이 5중량% 및 혼합 바인더가 5중량%를 사용하였다.The active material powder used in the embodiment of the present invention used activated carbon having a mean particle size of 30 μm and a specific surface area of 2000 m 2 / g (Japan, KK), and as a conductive material, Super P black (Belgium, MMM arbon) ) And binder were used by mixing CMC and SPB in 4: 1% by weight. As for the weight ratio used for the experiment of the components, 90 weight% of activated carbon powder, 5 weight% of Super P black, and 5 weight% of mixed binder were used.
각 구성성분들의 혼합을 위해 구성물들을 500ml의 반응기에 넣고 임펠러를 이용하여 2,000rpm에서 30분 회전시켜 교반하였다. 교반이 완료된 혼합페이스트(10) 0.031g을 도 2에 나타낸 중간몰드(100)에 삽입한 후 상부몰드(200) 및 하부몰드(300)의 상부 및 하부에서 10kg의 압력으로 압착한 후 온도가 조절되는 핫프레스(hot press)(H)에 장입하였다. 혼합페이스트(10)가 주입된 전극몰드를 핫프레스(H)의 상부프레스로 100kg의 압력을 가하고, 10-2torr의 진공 분위기에서 CMC의 연화점인 300℃에서 열처리하였다.The components were mixed into 500 ml of reactor for mixing of the components and stirred by rotating at 2,000 rpm for 30 minutes using an impeller. 0.031g of the mixing
가압 열처리가 완료된 압분체(20)는 전극몰드에서 분리시키고, 이에 의해 제조된 전극의 size는 직경이 14mm이고 두께는 200㎛이었다. 이들 전극의 밀도는 0.48g/ml이다. 전극의 전기화학적 특성은 2032형 cell 부품을 이용하여 조립하였으며, 이 셀의 1kHz에서의 내부저항과 0.25mA/cm2의 전류밀도에서 측정한 용량은 각각 1.43Ω과 2.8F이었다.The green compact 20 under the pressure heat treatment was separated from the electrode mold, and the size of the electrode manufactured by this was 14 mm in diameter and 200 μm in thickness. The density of these electrodes is 0.48 g / ml. The electrochemical properties of the electrode were assembled using 2032-type cell components, and the capacities measured at internal resistance at 1 kHz and current density of 0.25 mA / cm 2 were 1.43Ω and 2.8F, respectively.
<< 실험예Experimental Example >>
상기 실시예에 있어서의 각 특성의 측정 방법과 전극 및 cell의 제조방법은 다음과 같다.The measuring method of each characteristic and the manufacturing method of an electrode and a cell in the said Example are as follows.
(a) Cell 제조(a) Cell manufacturing
시트(Sheet) 형상의 전극은 414형(4.8mmΦ, 1.4mmt) 또는 2032형(20mmΦ, 3.2mmt)의 케이스(Case) 및 캡(Cap)에 각각 도전성 접착제를 통해 부착하고 150℃의 온도에서 12시간 동안 진공 건조시켰다. 셀 조립은 케이스와 캡에 부착한 전극의 사이에 격리막인 Celgard 3501을 사용하고 PC(Propylene carbonate)용매에 1.0M의 TEABF4(Tetraethylammonium tetrafluoroborate)가 함유된 전해액을 함침시킨 후 씰링시켰다. Sheet-shaped electrodes are attached to the case and the cap of 414 type (4.8mmΦ, 1.4mmt) or 2032 type (20mmΦ, 3.2mmt), respectively, using a conductive adhesive and 12 at a temperature of 150 ° C. Vacuum dried for hours. Cell assembly was performed using Celgard 3501 as a separator between the case and the electrode attached to the cap, and then sealed by impregnating an electrolyte containing 1.0 M TEABF 4 (Tetraethylammonium tetrafluoroborate) in a PC (Propylene carbonate) solvent.
(b) 정전용량(b) capacitance
셀의 정전용량은 충방전 시험기(MACCOR, 모델명 MC-4)에서 정전류법으로 충전과 방전을 행하였다. 구동전압은 414형(4.8mmΦ, 1.4mmt)은 0~3.3V, 2032형(20mmΦ, 3.2mmt)은 0~2.5V 전압 범위에서, 414형(4.8mmΦ, 1.4mmt)은 0.02mA/cm2, 2032형(20mmΦ, 3.2mmt)은 0.25mA/cm2 ,의 전류밀도의 조건으로 측정하였다.The cell capacitance was charged and discharged by a constant current method in a charge / discharge tester (MACCOR, model name MC-4). The drive voltage 414 type (4.8mmΦ, 1.4mmt) is 0 to 3.3V, type 2032 (20mmΦ, 3.2mmt) is from 0 to 2.5V voltage range, type 414 (4.8mmΦ, 1.4mmt) was 0.02mA / cm 2 , 2032 type (20mmΦ, 3.2mmt) was measured under the conditions of a current density of 0.25mA / cm 2,.
(c) AC 저항 측정(c) AC resistance measurement
셀의 내부저항은 3번째의 정전류 방전 후 임피던스 분석기(Zahner IM6)를 사용하여 측정하였다. 내부저항 거동은 10mHz~100MHz의 주파수 범위에서 행하였고, 본 발명에서 실시예에 명시한 수치는 1kHz에서의 AC저항 값을 나타낸 것이다.The internal resistance of the cell was measured using an impedance analyzer (Zahner IM6) after the third constant current discharge. Internal resistance behavior was performed in the frequency range of 10mHz ~ 100MHz, the numerical value specified in the examples in the present invention represents the AC resistance value at 1kHz.
도 1 - 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 대한 공정도.1-a process diagram for a method of manufacturing an electrode for an energy storage device according to the present invention.
도 2 - 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 있어서, 전극몰드에 대한 사시도(a) 및 측면도(b).2-A perspective view (a) and a side view (b) of an electrode mold in the electrode manufacturing method for an energy storage device according to the present invention.
도 3 - 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스용 전극 제조방법에 있어서, 전극몰드에 대한 사시도(a) 및 측면도(b).3-A perspective view (a) and a side view (b) of an electrode mold in a method of manufacturing an electrode for an energy storage device according to the present invention.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>
10 : 혼합페이스트 20 : 압분체10: mixed paste 20: green compact
100 : 중간몰드 110 : 주입공100: middle mold 110: injection hole
200 : 상부몰드 210 : 상부가압구200: upper mold 210: upper presser
300 : 하부몰드 310 : 하부가압구300: lower mold 310: lower pressure port
Claims (9)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080044469A KR20090118588A (en) | 2008-05-14 | 2008-05-14 | Manufacturing method of electrode for energy storage devices |
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Cited By (2)
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| KR20170025760A (en) * | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 주식회사 엘지화학 | Device for Manufacturing Electrode for Secondary Battery Comprising Mold for Providing Electrode Mix Layer |
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-
2008
- 2008-05-14 KR KR1020080044469A patent/KR20090118588A/en not_active Application Discontinuation
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