KR20230083408A - 전고체 전지용 전극의 반건식 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습식 바인더와 건식 바인더를 사용하여 전고체 전지용 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

전고체 전지용 전극의 반건식 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE FOR ALL SOLID STATE BATTERY BY SEMI-DRY PROCESS}
본 발명은 습식 바인더와 건식 바인더를 사용하여 전고체 전지용 전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 휴대용기기 등의 경량화, 소형화, 다기능화 추세에 따라 그 전원으로 사용되고 있는 리튬이온 전지의 에너지밀도 증가가 요구되고 있다.
특히, 전기 자동차 및 에너지 저장 장치에 사용되는 배터리에 대한 관심과 성능에 대한 요구가 상승됨에 따라 고에너지밀도 셀 개발을 진행하게 되었다.
하지만, 고에너지밀도 리튬이온 배터리의 화재 발생으로 인한 안전성 문제가 사회적으로 대두하여 고에너지밀도, 고안정성 셀인 전고체 전지의 개발에 대해 개발이 필요하게 되었다.
전고체 전지의 고용량화를 위해서는 양극 활물질의 로딩량이 많은 양극의 구현이 필요하나, 기존 습식 공정으로는 이를 달성하기 어려웠다. 따라서 건식 공정을 통해 양극을 제조하고자 하는 시도가 있었으나, 건식 공정으로는 균일한 두께의 전극을 제조하기 어렵고, 바인더가 들뜨는 등의 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2020-0020702호 한국공개특허 제10-2019-0124038호
본 발명은 전극 활물질의 로딩량이 많은 후막의 전극을 균일하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전극 활물질의 로딩량이 많은 후막의 전극을 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지용 전극의 제조방법은 제1 바인더를 용매에 분산시켜 바인더 용액을 준비하는 단계; 전극 활물질 및 고체전해질을 포함하는 전극물질을 준비하는 단계; 상기 바인더 용액과 전극물질을 혼합하여 제1 슬러리를 제조하는 단계; 상기 제1 슬러리에 상기 바인더 용액을 추가 투입하여 제2 슬러리를 제조하는 단계; 상기 제2 슬러리에 분말 상태의 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 점토화하는 단계; 및 점토화된 결과물을 압연하여 전극을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 바인더는 BR(Butadiene rubber), NBR(Nitrile butadiene rubber), HNBR(Hydrogenated nitrile butadiene rubber), PVDF(polyvinylidene difluoride), CMC(carboxymethylcellulose) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 용매는 헥실 부티레이트(Hexyl butyrate), 자일렌(Xylene), 톨루엔(Toluene), 부틸 부티레이트(Butyl butyrate), 벤질 아세테이트(Benzyl acetate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 바인더 용액은 상기 제1 바인더 5중량% 내지 10중량% 및 상기 용매 90중량% 내지 95중량%를 포함할 수 있다.
상기 전극물질은 도전재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 슬러리는 고형분 함량이 90 중량% 초과 및 95중량% 이하인 것일 수 있다.
상기 제2 슬러리는 고형분 함량이 60중량% 내지 90중량%인 것일 수 있다.
상기 제2 바인더는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEO(Poly(ethylene oxide)), PE(polyethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 제2 슬러리에 제2 바인더를 투입하고 10rpm 내지 50rpm으로 10분 내지 1시간 동안 반죽하여 점토화하는 것일 수 있다.
상기 제조방법은 상기 제2 슬러리에 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 상기 제2 바인더를 섬유화하는 것일 수 있다.
상기 제조방법은 상기 전극을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 전극 활물질 70중량% 내지 90중량%, 상기 고체전해질 5중량% 내지 25중량%, 상기 제1 바인더 0.5중량 내지 5중량% 및 상기 제2 바인더 0.1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 전극 활물질의 로딩량이 많은 후막의 전극을 균일하게 제조할 수 있다.
본 발명은 전극 활물질의 로딩량이 많은 후막의 전극을 쉽고 빠르게 제조할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a는 비교예1에서 제조한 결과물의 사진이다.
도 2b는 도 2a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 3a는 비교예2에서 제조한 결과물의 사진이다.
도 3b는 도 3a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 4a는 실시예에서 제조한 결과물의 사진이다.
도 4b는 도 4a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 5a는 실시예에 따른 전극의 사진이다.
도 5b는 5a의 전극의 단면을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이다. 이를 참조하면, 상기 제조방법은 제1 바인더를 용매에 분산시켜 바인더 용액을 준비하는 단계(S1), 전극 활물질 및 고체전해질을 포함하는 전극물질을 준비하는 단계(S2), 상기 바인더 용액과 전극물질을 혼합하여 제1 슬러리를 제조하는 단계(S3), 상기 제1 슬러리에 상기 바인더 용액을 추가 투입하여 제2 슬러리를 제조하는 단계(S4), 상기 제2 슬러리에 분말 상태의 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 점토화하는 단계(S5) 및 점토화된 결과물을 압연하여 전극을 제조하는 단계(S6)를 포함할 수 있다.
상기 제1 바인더는 전극 활물질, 고체전해질 등의 전극물질을 접착하기 위한 구성일 수 있다. 상기 제1 바인더는 BR(Butadiene rubber), NBR(Nitrile butadiene rubber), HNBR(Hydrogenated nitrile butadiene rubber), PVDF(polyvinylidene difluoride), CMC(carboxymethylcellulose) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 용매는 상기 제1 바인더를 분산시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 헥실 부티레이트(Hexyl butyrate), 자일렌(Xylene), 톨루엔(Toluene), 부틸 부티레이트(Butyl butyrate), 벤질 아세테이트(Benzyl acetate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 바인더 용액은 상기 제1 바인더 5중량% 내지 10중량% 및 상기 용매 90중량% 내지 95중량%를 포함할 수 있다. 상기 바인더 용액 내의 상기 제1 바인더의 함량이 5중량% 미만이면 후술할 슬러리의 고형분 함량을 구현하기 어려울 수 있다.
상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
상기 양극 활물질은 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 산화물 활물질, 황화물 활물질일 수 있다.
상기 산화물 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, Li1 + xNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 등의 암염층형 활물질, LiMn2O4, Li(Ni0.5Mn1.5)O4 등의 스피넬형 활물질, LiNiVO4, LiCoVO4 등의 역스피넬형 활물질, LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 등의 올리빈형 활물질, Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 등의 규소 함유 활물질, LiNi0 . 8Co(0.2-x)AlxO2(0＜x＜0.2)과 같이 천이 금속의 일부를 이종 금속으로 치환한 암염층형형 활물질, Li1+xMn2-x-yMyO4(M은 Al, Mg, Co, Fe, Ni, Zn 중 적어도 일종이며 0＜x+y＜2)와 같이 천이 금속의 일부를 이종 금속으로 치환한 스피넬형 활물질, Li4Ti5O12 등의 티탄산 리튬일 수 있다.
상기 황화물 활물질은 구리 쉐브렐, 황화철, 황화 코발트, 황화 니켈 등일 수 있다.
상기 음극 활물질은 특별히 제한되는 것이 아니지만 예를 들면 탄소 활물질, 금속 활물질일 수 있다.
상기 탄소 활물질은 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 고배향성 흑연(HOPG) 등의 흑연, 하드 카본 및 소프트 탄소 등의 비정질 탄소일 수 있다.
상기 금속 활물질은 In, Al, Si, Sn 및 이들의 원소를 적어도 하나 함유하는 합금 등일 수 있다.
상기 고체전해질은 산화물계 고체전해질 또는 황화물계 고체전해질일 수 있다. 다만, 리튬이온 전도도가 높은 황화물계 고체전해질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 황화물계 고체전해질은 Li2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI, Li2S-P2S5-LiCl, Li2S-P2S5-LiBr, Li2S-P2S5-Li2O, Li2S-P2S5-Li2O-LiI, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-SiS2-LiBr, Li2S-SiS2-LiCl, Li2S-SiS2-B2S3-LiI, Li2S-SiS2-P2S5-LiI, Li2S-B2S3, Li2S-P2S5-ZmSn(단, m, n는 양의 수, Z는 Ge, Zn, Ga 중 하나), Li2S-GeS2, Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-SiS2-LixMOy(단, x, y는 양의 수, M은 P, Si, Ge, B, Al, Ga, In 중 하나), Li10GeP2S12 등일 수 있다.
상기 전극물질은 도전재를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재는 상기 전극 내에서 전자 전도 경로를 형성하는 구성이다. 상기 도전재는 카본블랙(Carbon black), 전도성 흑연(Conducting graphite), 에틸렌 블랙(Ethylene black), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 등과 같은 sp2 탄소 재료 또는 그래핀(Graphene)일 수 있다.
상기 전극물질은 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제는 상기 전극물질의 각 성분의 분산성을 높여 균일한 전극을 제조하기 위한 구성이다.
위와 같이 준비한 바인더 용액과 전극물질을 혼합하여 제1 슬러리를 제조할 수 있다(S3). 본 단계는 일종의 예비 혼합(Pre-mixing) 단계로 각 성분들을 고르게 분산하기 위한 것이다.
상기 바인더 용액과 상기 전극물질을 목적하는 최종 전극의 조성에 맞게 그 함량을 조절하여 혼합하되, 상기 제1 슬러리의 고형분 함량이 90중량% 초과 및 95중량% 이하가 되도록 혼합할 수 있다. 여기서 고형분 함량은 상기 슬러리에서 용매를 제외한 고체 성분의 총 함량을 의미한다.
상기 바인더 용액과 전극물질의 혼합 방법은 특별히 제한되지 않고, PD 믹서(Planetary disperser mixer), 롤러 믹서 등의 장치를 사용하여 혼합할 수 있다. 또한, 혼합 조건도 특별히 제한되지 않고 예를 들어 10rpm 내지 50rpm으로 10분 내지 1시간 동안 혼합할 수 있다.
상기 제1 슬러리에 상기 바인더 용액을 추가 투입하여 특정 고형분 함량을 갖는 제2 슬러리를 제조할 수 있다(S4).
상기 제2 슬러리의 고형분 함량은 60중량% 내지 90중량%일 수 있다. 상기 제2 슬러리의 고형분 함량이 60중량% 미만이면 점도가 너무 낮아져 후술할 제2 바인더에 전단 응력이 가해지지 않기 ‹š문에 상기 제2 바인더의 섬유화 및 슬러리의 점토화가 어려울 수 있다. 반면에, 상기 제2 슬러리의 고형분 함량이 90중량%를 초과하면 슬러리의 점토화는 용이하지만 제2 바인더가 완전히 분산되기 전에 점토화가 되어 전극이 불균일해질 수 있다.
상기 제1 슬러리와 추가 투입된 바인더 용액의 혼합 방법은 특별히 제한되지 않고, PD 믹서(Planetary disperser mixer), 롤러 믹서 등의 장치를 사용하여 혼합할 수 있다. 또한, 혼합 조건도 특별히 제한되지 않고 예를 들어 10rpm 내지 50rpm으로 10분 내지 1시간 동안 혼합할 수 있다.
상기 제2 슬러리에 분말 상태의 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 점토화된 결과물을 얻을 수 있다(S5).
상기 제2 바인더는 전극에 기계적 물성을 부여하기 위한 구성으로서, 본 발명은 상기 제2 바인더에 전단 응력을 가하여 섬유화하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 본 발명은 상기 제2 바인더가 고르게 분산될 수 있으면서도 섬유화가 잘 될 수 있는 상기 제2 슬러리의 고형분 함량, 반죽 조건 등을 제시한다.
상기 제2 바인더는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEO(Poly(ethylene oxide)), PE(polyethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 슬러리에 상기 제2 바인더를 투입하고 PD 믹서(Planetary disperser mixer), 롤러 믹서 등의 장치로 반죽하여 점토화된 결과물을 얻을 수 있다. 구체적으로 상기 반죽은 10rpm 내지 50rpm의 속도로 10분 내지 1시간 동안 수행할 수 있다.
상기 점토화된 결과물을 압연하여 전극을 제조할 수 있다(S6).
상기 점토화된 결과물을 압연하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 한 쌍의 롤러를 이용하거나, 프레스기 등으로 가압하여 전극을 제조할 수 있다.
상기 제조방법은 위와 같이 얻은 전극을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전극에 잔존하는 용매를 완전히 제거하기 위함이다. 따라서 상기 전극에 포함된 용매의 기화점과 근사하거나 그보다 높은 온도로 용매가 완전히 제거될 때까지 상기 전극을 건조할 수 있다.
상기 전극은 상기 전극 활물질 70중량% 내지 90중량%, 상기 고체전해질 5중량% 내지 25중량%, 상기 도전재 0.5중량% 내지 5중량%, 상기 분산제 0.05중량% 내지 0.5중량%, 상기 제1 바인더 0.5중량 내지 5중량% 및 상기 제2 바인더 0.1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 전극 활물질의 함량이 70중량% 미만이면 그 로딩량이 낮아져 전극의 발현 용량과 에너지 밀도가 떨어질 수 있다. 한편, 상기 전극 활물질의 함량이 90중량%를 초과하면 고체전해질, 제1 바인더, 제2 바인더 등의 다른 성분의 함량이 상대적으로 낮아져 전극을 제조하기 어려울 수 있다.
상기 고체전해질의 함량이 5중량% 미만이면 상기 전극의 리튬이온 전도도가 낮아져 효율이 떨어질 수 있고, 25중량%를 초과하면 전극 활물질의 함량이 낮아져 전극의 용량 및 에너지 밀도가 떨어질 수 있다.
상기 제2 바인더의 함량이 0.1중량% 미만이면 상기 전극의 기계적 물성이 떨어져 상기 전극의 후막화가 어려울 수 있다. 반면에, 상기 제2 바인더의 함량이 10중량%를 초과하면 점토화된 결과물이 너무 딱딱하여 각 성분들의 분산성이 떨어질 수 있고 상기 제2 바인더의 섬유화가 어려울 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
비교예1
본 발명에 따른 바인더 용액을 사용하지 않고, 건식 공정으로 전극을 제조하였다. 구체적으로 NCM계 양극 활물질, 황화물계 고체전해질 및 도전재를 포함하는 전극물질에 바인더로 분말 상태의 PTFE를 투입하고 반죽을 하였다. 각 성분의 투입량 및 반죽 조건은 하기 표 1과 같다.
성분 투입량 RPM 시간 고형분 함량
양극 활물질 376 g 25 30 min 100 %
고체전해질 111.5 g
도전재 7.5 g
건식 바인더(PTFE) 5 g
도 2a는 비교예1에서 제조한 결과물의 사진이다. 도 2b는 도 2a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 2a를 참조하면, 비교예1과 같이 고형분 함량이 100%인 경우 점토화가 되지 않음을 알 수 있다. 또한, 도 2b를 통해 바인더인 PTFE가 섬유화되지 않고 분말 상태 그대로 혼합되어 있음을 알 수 있다.
비교예2
제1 바인더를 용매에 투입하여 제1 바인더의 함량이 약 6.3중량%인 바인더 용액을 준비하였다. 상기 바인더 용액을 NCM계 양극 활물질, 황화물계 고체전해질, 도전재 및 분산제를 포함하는 전극물질과 혼합하여 고형분 함량이 약 93%인 슬러리를 제조하였다.
상기 슬러리에 제2 바인더로 분말 상태의 PTFE를 투입하고 반죽을 하였다. 각 성분의 투입량 및 반죽 조건은 하기 표 2와 같다.
성분 투입량 RPM 시간 고형분 함량
양극 활물질 400 g 25 30 min 92.8%
고체전해질 100 g
도전재 7.74 g
분산제* 5.16 g
바인더 용액** 37.5 g
건식 바인더(PTFE) 2.58 g 25 30 min
* 상기 분산제는 용매에 분산된 상태의 것을 사용함(용매 4.64g + 분산제 0.52g)
** 상기 바인더 용액은 제1 바인더 2.36g 및 용매 35.14g을 포함함
도 3a는 비교예2에서 제조한 결과물의 사진이다. 도 3b는 도 3a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 3a를 참조하면, 비교예2과 같이 고형분 함량이 90중량%를 초과하는 슬러리에 PTFE를 투입한 뒤 반죽하면 점토화는 되지만 미분산된 PTFE가 다수 존재함을 알 수 있다. 도 3b를 참조하면, 비교예2는 슬러리의 고형분 함량이 너무 높은 상태에서 PTFE를 투입하여 상기 PTFE가 완전히 분산되기 전에 점토화가 진행되어 PTFE가 제대로 섬유화되지 않았음을 알 수 있다.
실시예
제1 바인더를 용매에 투입하여 제1 바인더의 함량이 약 6.3중량%인 바인더 용액을 준비하였다. 상기 바인더 용액을 NCM계 양극 활물질, 황화물계 고체전해질, 도전재 및 분산제를 포함하는 전극물질과 혼합하여 고형분 함량이 약 93%인 제1 슬러리를 제조하였다.
상기 제1 슬러리에 바인더 용액을 추가로 첨가하여 고형분이 약 86%인 제2 슬러리를 제조하였다.
상기 제2 슬러리에 제2 바인더로 분말 상태의 PTFE를 투입하고 반죽을 하였다. 각 성분의 투입량 및 반죽 조건은 하기 표 3과 같다.
구분 성분 투입량 RPM 시간 고형분 함량
1 양극 활물질 400 g 25 30 min 92.8%
고체전해질 100 g
도전재 7.8 g
분산제* 5.2 g
바인더 용액**
(1차 투입)		 37.5 g
2 바인더 용액***
(추가 투입)		 45 g 25 15 min 86%
3 건식 바인더(PTFE) 6.5 g 25 30 min
* 상기 분산제는 용매에 분산된 상태의 것을 사용함(용매 4.68g + 분산제 0.52g)
** 상기 바인더 용액은 제1 바인더 2.36g 및 용매 35.14g으로 구성됨
*** 상기 바인더 용액은 제1 바인더 42.16g 및 용매 2.84g으로 구성됨
도 4a는 실시예에서 제조한 결과물의 사진이다. 도 4b는 도 4a의 결과물을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 방법으로 준비한 제2 슬러리에 PTFE를 투입하여 반죽을 하면 점토화된 결과물을 얻을 수 있고, 상기 PTFE가 전단 응력을 받아 섬유화가 충분히 일어난 것을 알 수 있다.
위와 같이 점토화된 결과물을 롤 압연기로 압연하여 전극을 제조하였다. 상기 전극의 조성을 하기 표 4에 정리하였다.
구분 함량[중량%]
양극 활물질 76.92
고체전해질 19.23
도전재 1.5
분산제 0.1
제1 바인더 1
제2 바인더 1.25
도 5a는 실시예에 따른 전극의 사진이다. 도 5b는 5a의 전극의 단면을 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과이다.
도 5a 및 도 5b를 통해 본 발명에 따르면 각 성분이 고르게 분산되어 있고, PTFE의 섬유화가 충분히 일어나 기계적 물성이 뛰어나 후막화가 가능한 전극을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 제1 바인더를 용매에 분산시켜 바인더 용액을 준비하는 단계;
    전극 활물질 및 고체전해질을 포함하는 전극물질을 준비하는 단계;
    상기 바인더 용액과 전극물질을 혼합하여 제1 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 제1 슬러리에 상기 바인더 용액을 추가 투입하여 제2 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 제2 슬러리에 분말 상태의 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 점토화하는 단계; 및
    점토화된 결과물을 압연하여 전극을 제조하는 단계;를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바인더는 BR(Butadiene rubber), NBR(Nitrile butadiene rubber), HNBR(Hydrogenated nitrile butadiene rubber), PVDF(polyvinylidene difluoride), CMC(carboxymethylcellulose) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 헥실 부티레이트(Hexyl butyrate), 자일렌(Xylene), 톨루엔(Toluene), 부틸 부티레이트(Butyl butyrate), 벤질 아세테이트(Benzyl acetate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 용액은 상기 제1 바인더 5중량% 내지 10중량% 및 상기 용매 90중량% 내지 95중량%를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극물질은 도전재를 더 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬러리는 고형분 함량이 90 중량% 초과 및 95중량% 이하인 것인 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬러리는 고형분 함량이 60중량% 내지 90중량%인 것인 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 바인더는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEO(Poly(ethylene oxide)), PE(polyethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬러리에 제2 바인더를 투입하고 10rpm 내지 50rpm으로 10분 내지 1시간 동안 반죽하여 점토화하는 것인 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬러리에 제2 바인더를 투입하고 반죽하여 상기 제2 바인더를 섬유화하는 것인 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 건조하는 단계를 더 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극은
    상기 전극 활물질 70중량% 내지 90중량%,
    상기 고체전해질 5중량% 내지 25중량%,
    상기 제1 바인더 0.5중량 내지 5중량% 및
    상기 제2 바인더 0.1중량% 내지 10중량%를 포함하는 전고체 전지용 전극의 제조방법.
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