KR20160033482A - 전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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KR20160033482A
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Abstract

전극 집전체의 적어도 일면을 플라즈마 처리하여 상기 전극 집전체의 표면 에너지를 증가시키는 단계, 상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에 도전재, 활물질입자, 바인더 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 단계 및 상기 전극 슬러리를 건조하여 용매를 제거함으로써 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활물질입자 100 중량부에 대비하여 상기 바인더의 함량이 0.01 내지 50 중량부이며, 상기 전극층의 집전체에 대한 접착력이 10 내지 100 gf/cm인 전극 제조방법이 제시된다.

Description

전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지{MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE, ELECTRODE MANUFACTURED BY THE SAME AND SECONDARY BATTERY CONTAINING THE SAME}
본 발명은 전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 과량의 바인더를 사용하지 않고도, 우수한 접착력을 유지할 수 있는 전극 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.
전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 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 연구 개발이 진행되고 있다.
이차전지에 사용되는 전극 활물질은 전자 전도를 원활하게 하기 위해서 입자간의 접착력이 좋아야 하고, 특히 금속 집전체로 전자를 원활하게 전달해 주기 위해서 집전체와 입자간의 접착력이 좋아야한다.
이러한 용도로 투입되어 사용되는 물질을 바인더라고 하며, 주로 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)가 사용된다. 이러한, PVDF는 결정화도가 약 30%인 반결정폴리머(Semi-crystaline Polymer)로 통상적으로는 분말 형태로 생산된다. 이러한 상태를 α-PVDF라 하고, 알짜 양극 모멘트(Net dipole moment)는 0(Zero)이다. 통상적으로 PVDF 바인더를 전극에 투입하는 방법은 용매에 용해하여 용액을 만들고 여기에 활물질을 가하여 혼합한다.
이와 같이 활물질, 도전체, 바인더, 용매가 고루 분산되어 있는 상태를 슬러리(Slurry)라 하고, 이 슬러리(Slurry)를 집전체 위에 일정한 두께로 코팅하고, 건조(Drying)하게 되면 집전체 위에 코팅 고형분의 전극이 제조되게 된다. 전극의 접착력은 슬러리가 건조될 때, 액상의 바인더 용제가 기체상으로 건조되면서 고체상으로 변화하게 되고, 이때 입자간, 집전체와 입자간에 고상의 바인더로 존재하면서 접착력을 가지게 된다. 이때 PVDF는 β또는 γ-PVDF로 변화한다고 한다. 이러한 β또는 γ-PVDF의 구조는 불소원자가 한쪽 방향으로 배열되어 있어 알짜 양극 모멘트(Net dipole moment)가 크게 증가하며 많은 수소 분자 결합을 이루게 된다.
입자와 입자간의 접착력이 부족하게 되면, 전극 표면에서 입자의 탈락이 용이하게 되고, 그 결과 전지 안정성이 저하될 수 있다. 즉, 음극과 양극의 표면에서 입자간의 불충분한 접착력으로 탈락된 전극 입자는 전지 내부에서 마이크로쇼트(microshort)를 발생시켜서 전지의 성능을 저하시킬 수 있으며, 쇼트가 커지게 되면 단락으로 인한 화재가 발생할 수 있다.
입자와 집전체간의 접착력이 감소하게 되면, 입자로부터 집전체로의 전자 이동에 저항을 받게 되어 전자전도속도가 감소하게 되며 그 결과 속도 특성과 싸이클 특성이 감소될 수 있다.
또한, 전지 제조 공정상에서 수율 감소를 가져오며, 상기 공정은 슬러리 코팅 후, 집전체 위에 수 백 ㎛로 도포된 입자들은 프레싱 공정을 거치게 되는데 입자간의 접착력이 감소하게 되면 입자들이 전극 표면에서 탈락이 용이해져 프레싱 롤에 달라 붙게 되며, 연속적으로 회전하는 롤에 달라붙게 된 입자들은 연속적으로 투입되는 코팅 전극과 프레싱 롤이 접촉할 때, 프레싱 표면에 달라 붙거나 표면에 과압을 가하게 되어 표면 불량의 원인이 되고 향후에 전지 성능의 저하를 가져올 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 바인더의 함량을 높이게 되면, 상대적으로 도전재나 활물질의 함유량이 감소하게 되어 전극의 저항이 증가하게 되고 도전성이 낮아져서 전지의 성능이 감소하는 문제가 여전히 존재하기 때문에, 바인더의 함유랑을 최소화하면서 접착력을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 집전체 표면을 플라즈마로 처리하여, 표면 에너지가 높아지고 전극 슬러리와의 물방울 접촉각이 감소하도록하는 전극 제조방법을 제공한다.
또한, 전극 슬러리와 집전체 사이의 접촉각 감소로 인하여 바인더 함량을 최소화하면서도 우수한 접착력을 유지할 수 있는 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 기재된 수단 또는 방법 및 이의 조합에 의해 실현 될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 집전체의 적어도 일면을 플라즈마 처리하여 상기 전극 집전체의 표면 에너지를 증가시키는 단계, 상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에 도전재, 활물질입자, 바인더 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 단계, 및 상기 전극 슬러리를 건조하여 용매를 제거하여 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활물질입자 100 중량부에 대하여 상기 바인더의 함량은 0.01 내지 50 중량부이며, 상기 전극층은 전극 집전에 대한 접착력이 10 내지 100 gf/cm 인 전극 제조방법이 제공된다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 플라즈마 처리 전 대비 10 내지 500 % 증가할 수 있다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 200 내지 10,000 mJ/㎡일 수 있다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에서 물방울 접촉각이 15 내지 50 °일 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 대기압에서 0.05 초 내지 1 시간 동안 실시되는 것일 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 산소, 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 기체에 의해 실시되는 것일 수 있다.
상기 기체은 유속은 0.1 내지 40 m/s 일 수 있다.
상기 전극 집전체는 스테인리스스틸; 알루미늄; 니켈; 티탄; 소성탄소; 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴 합금 중 어느 하나일 수 있다.
상기 활물질입자 100 중량부에 대하여 상기 도전재의 함량은 0.1 내지 20 중량부일 수 있다.
상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 폴리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 활물질입자는 양극활물질입자 또는 음극활물질입자일 수 있다.
상기 양극활물질입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-yzCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 또는 Mo 중 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 음극활물질입자는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료;리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체일 수 있다.
상기 도전재는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면 상기의 전극제조방법에 의해 제조된 전극이 제공된다.
또한, 상기의 전극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
아울러, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 플라즈마 처리된 적어도 일면을 갖는 집전체, 상기 집전체의 플라즈마 처리된 일면 상에 형성된 전극층을 포함하고, 상기 전극층 활물질입자 100 중량부에 대하여 바인더 0.01 내지 50 중량부 포함하며, 상기 전극층의 집전체에 대한 접착력이 10 내지 100gf/cm 인 전극이 제공된다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 200 내지 10,000 mJ/㎡일 수 있다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집접체의 일면에서 물방울 접촉각이 15 내지 50°일 수 있다.
또한, 전술한 전극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
본 발명은 집전체의 일면을 플라즈마 처리함으로써, 집전체의 표면에너지가 증가하고, 집전체와 전극 슬러리간의 물방울 접촉각이 감소되어, 집전체와 전극층 사이의 접착력이 향상되는 장점이 있다.
또한, 바인더 함량을 늘리지 않고도 플라즈마 처리로 접착력을 유지할 수 있어, 전지의 성능 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 잘 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따라 집전체의 표면을 플라즈마 처리 전·후의 집전체와 전극슬러리 간의 접촉각 변화를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 물방울 접촉각을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 전극 제조방법은 플라즈마 처리단계(S10), 전극 슬러리를 도포하는 단계(S20), 전극층을 형성하는 단계(S30)를 포함한다.
상기 플라즈마 처리단계(S10)는 전극 집전체의 일면 또는 양면을 플라즈마 처리하여 상기 전극 집전체의 표면 에너지를 증가시키는 단계이다.
상기 전극 집전체는 스테인리스스틸; 알루미늄; 니켈; 티탄; 소성탄소; 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면 처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴 합금 등으로 제조된 것을 사용할 수 있다.
플라즈마 처리는 대기압 플라즈마로 저온 플라즈마에 속한다. 전극 건조의 롤-투-롤(roll-to-roll) 연속 공정에 적용되어 사용되며, 별도의 진공장비가 불필요하며, 빠른 표면처리가 가능하고 높은 생산성에 장점이 있다.
또한, 플라즈마 공급원(source)에서 투사된 플라즈마가 반응성이 강한 산소 라디컬(radical)에 의해 전극 집전체 표면에 있는 유기오염물과 반응하여 물을 생성하며, 전극 집전체 표면의 플라즈마 처리를 통한 친수성 관능기가 형성되어 표면 접착력이 개선되며, 이는 플라즈마 처리에 의해 생선된 전자(e-), 이온(O-, H+), 라디칼(O), 중성자 등의 영향으로 활성화되어 전극 슬러리와 접착시 반데르반스(van daer waals) 에너지가 증가하기 때문이다.
즉, 플라즈마가 형성되어 이온 충격이나 회분(ashing)에 의해 표면 조도가 변화하고, mechanical interlocking effect에 의해 표면의 접착력이 향상된다.
상기 플라즈마 처리는 대기압에서 0.05 초 내지 1 시간 동안 실시되고, 바람직하게는 10 내지 40 분 동안 실시되며, 0.05초 미만으로 실시하는 경우, 표면 처리 효율이 감소하는 문제가 있으며, 1 시간을 초과하는 전극 집전체 표면의 물성이 변하는 문제가 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리는 대기압 내에서 안정한 물질은 제한없이 사용가능하며, 비제한적인 예로는 산소, 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 기체에 의해 실시될 수 있다.
상기 기체는 플라즈마 공급원(source)에서 0.1 내지 40 m/s의 유속으로 투사되고, 바람직하게는 10 내지 20 m/s의 유속으로 투과되며, 유속이 0.1 m/s 미만인 경우 공정시간이 증가하는 문제가 있으며, 40 m/s을 초과하는 경우 안정성이 감소하는 문제가 있다.
상기와 같이 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지는 플라즈마 처리 전 대비 10 내지 500 % 증가한다.
보다 구체적으로는 전극 집전체를 형성하는 금속 물질마다 상이하지만, 전극 집전체의 표면에너지는 200 내지 10,000 mJ/㎡이고, 바람직하게는 400 내지 1800 mJ/㎡이다. 표면에너지가 200 mJ/㎡ 미만인 경우에는 전극 집전체와 전극층간의 일정 수준의 접착력을 유지하기 위하여 바인더의 함량이 증가하여, 전지의 저항이 증가하는 문제가 있으며, 10,000 mJ/㎡을 초과하는 경우, 전극의 간극 형성에 문제가 있다.
상기 플라즈마 처리된 전극 집전체 표면에 전극 슬러리를 도포하는 경우, 전극 슬러리와 전극 집전체간의 물방울 접촉각는 15 내지 50°이고, 바람직하게는 15 내지 30°이며, 15°미만인 경우 표면장력 이상의 높은 에너지가 필요하므로, 공정상의 안정성을 해치는 문제가 있고, 50°를 초과하는 경우 접착력이 저하되는 문제가 있다.
전극 슬러리 도포단계(S20)는 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에 전극 슬러리를 도포하는 단계로 상기 전극 슬러리는 도전재, 활물질입자, 바인더 및 용매를 포함한다.
상기 도전재는 적용되는 전극 집전체 및 전극 활물질의 화학적 변화를 유발하지 않으며서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 천연 흑연이나, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연; 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화무리 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 도전재의 함량은 활물질입자 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 20 중량부이고, 바람직하게는 0.3 내지 12 중량부이다. 도전재의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우, 도전성이 떨어지고 전지의 사이클 수명(cycle life) 저하의 우려가 있고, 20 중량부를 초과하는 경우, 상대적으로 활물질입자의 중량이 감소하여 전지 성능 저하의 문제가 있다.
상기 활물질입자는 양극 활물질입자이거나 음극 활물질입자일 수 있으며, 양극 활물질입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-yzCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임) 등으로 이루어진 활물질입자를 사용하여 제조할 수 있으며, 음극 활물질입자로는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료;리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체 등으로 이루어진 활물질입자를 사용하여 제조할 수 있다.
상기 바인더는 활물질입자와 도전재 등의 결합과 전극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로, 전극에 사용할 수 있는 물질은 제한없이 사용 가능하나, 바람직하게는 폴리불화 비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체이거나, 더 바람직하게는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 폴리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이다.
또한, 상기 바인더는 상기 활물질입자 100 중량부에 대하여 0.01 내지 50 중량부이고, 바람직하게는 0.01 내지 30 중량이며, 바인더의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우, 전극 슬러리간 결합력과 전극 집전체와의 결합력이 저하되는 문제가 있으며, 50 중량부를 초과하는 경우, 상대적으로 활물질입자의 비율이 낮아서 전극의 물성이 낮아지고, 전기저항이 증가하는 문제가 있다.
상기 용매는 활물질입자, 도전재 및 바인더와 화학적으로 반응하지 않는 물질은 제한없이 사용 가능하고, 바람직하게는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 아세톤, 디메틸설폭사이드, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 폴리불화 비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
전극층을 형성하는 단계(S30)는 전극 집전체의 일면에 전극 슬러리를 도포한 후 용매를 제거하여 전극층을 형성하는 단계로 바인더의 함량을 늘리지 않고도 일정 수준 이상의 접착력을 갖는 전극층을 형성할 수 있다.
상기 용매를 제거하기 위해서 사용하는 방법은 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 가열 건조 방삭에 의해 용매를 제거할 수 있다.
상기와 같이 용매가 제거되면, 바인더에 의해 활물질입자과 전극 집전체 사이에 접착력이 발생하며, 상기 접착력은 10 내지 100 gf/cm이고, 바람직하게는 45 내지 75 gf/cm이다. 접착력이 10 gf/cm 미만인 경우, 활물질입자와 전극 집전체가 분리되어 전극의 물성이 저하되고 전기 저항이 증가하는 문제가 있으며, 100 gf/cm을 초과하는 경우 리튬이온의 이동성을 저하하는 문제가 있다.
본 발명의 일측면에 따라 전술한 제조방법에 의해 제조된 전극 및 상기 전극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따라 플라즈마 처리된 적어도 일면을 갖는 집전체, 상기 집전체의 플라즈마 처리된 일면 상에 형성된 전극층을 포함하고, 상기 전극층이 활물질입자 100 중량부에 대하여 바인더 0.01 내지 50 중량부를 포함하며, 상기 전극층의 집전체에 대한 접착력이 10 내지 100 gf/cm 인 전극이 제공된다.
이때, 상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 200 내지 10,000 mJ/㎡일 수 있으며, 물방울 접촉각이 15 내지 50°일 수 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따라 전술한 전극을 포함하는 이차전지가 제공된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명이 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가지는 자에게 본 발명을 보다 완전하기 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
[실시예 1]
1 m/min 내지 100 m/mim 속도로 이송하는 이송로를 통해 제공되는 알루미늄 전극 집접체 표면에, 파장이 337.1 mm이고 파장이 3.68 eV인 질소(N2)가스를 이용하며 플라즈마 처리한 후, 플라즈마 처리된 알루미늄 표면에 양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 바인더로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 알루미늄 전극 집접체 표면을 파장이 777.4 mm이고, 파장이 1.60 eV인 산소(O2)가스를 이용하며 플라즈마 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
[비교예 1]
알루미늄 박막에 양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙(carbon black) 4 중량%, 바인더로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.
도 2-(a) 및 도 3-(a)는 비교예 1에서 사용한 알루미늄 박막과 양극 활물질 사이의 접촉각(θ1)을 도시한 그림 및 SEM 사진이고, 도 2-(b) 및 도 3-(b)는 실시예 1과 같이 플라즈마 처리된 알루미늄 박막과 양극 활물질 사이의 접촉각(θ2) 및 SEM 사진을 도시한 그림으로, 플라즈마 처리로 인해 알루미늄 박막과 양극 활물질 간의 접촉각이 감소함을 관찰할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 가래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 전극 집전체
10 : 전극 슬러리

Claims (20)

  1. 전극 집전체의 적어도 일면을 플라즈마 처리하여 상기 전극 집전체의 표면 에너지를 증가시키는 단계;
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에 도전재, 활물질입자, 바인더 및 용매를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 단계; 및
    상기 전극 슬러리를 건조하여 용매를 제거하여 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 활물질입자 100 중량부에 대하여 상기 바인더의 함량은 0.01 내지 50 중량부이며,
    상기 전극층은 전극 집전체에 대한 접착력이 10 내지 100 gf/cm인 전극 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 플라즈마 처리 전 대비 10 내지 500 % 증가한 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 200 mJ/㎡ 내지 10,000 mJ/㎡인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에서 물방울 접촉각이 15 내지 50°인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 대기압에서 0.05 초 내지 1 시간 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 산소, 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 기체에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기체의 유속은 0.1 내지 40 m/s 인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 집전체는 스테인리스스텔; 알루미늄; 니켈; 티탄; 소성탄소; 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은을 표면처리된 스테인리스스틸; 및 알루미늄-카드뮴 합금 중 어나 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 활물질입자 100 중량부에 대하여, 상기 도전재의 함량은 0.1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리우레탄, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 폴리아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 활물질입자는 양극활물질입자 또는 음극활물질입자인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 양극활물질입자는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-yzCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 또는 Mo 중 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z <0.5, 0 < x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 음극활물질입자는 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료;리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 도전재는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 전극.
  16. 제 16항의 전극을 포함하는 이차전지.
  17. 플라즈마 처리된 적어도 일면을 갖는 집전체,
    상기 집전체의 플라즈마 처리된 일면 상에 형성된 전극층을 포함하고,
    상기 전극층이 활물질입자 100 중량부에 대비하여 바인더 0.01 내지 50 중량부를 포함하며,
    상기 전극층의 집전체에 대한 접착력이 10 내지 100 gf/cm인 전극.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 표면에너지가 200 내지 10,000 mJ/㎡인 것을 특징으로 하는 전극.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리된 전극 집전체의 일면에서 물방울 접촉각이 15 내지 50°인 것을 특징으로 하는 전극.
  20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항의 전극을 포함하는 이차전지.
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