WO2021132848A1 - 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극 - Google Patents

레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극 Download PDF

Info

Publication number
WO2021132848A1
WO2021132848A1 PCT/KR2020/012512 KR2020012512W WO2021132848A1 WO 2021132848 A1 WO2021132848 A1 WO 2021132848A1 KR 2020012512 W KR2020012512 W KR 2020012512W WO 2021132848 A1 WO2021132848 A1 WO 2021132848A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
sheet
current collector
electrode mixture
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2020/012512
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김태종
정유진
정수택
배상호
최성원
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Priority to EP20907522.5A priority Critical patent/EP4016665B1/en
Priority to CN202080060049.XA priority patent/CN114365306B/zh
Priority to ES20907522T priority patent/ES3005033T3/es
Priority to US17/640,962 priority patent/US12476240B2/en
Publication of WO2021132848A1 publication Critical patent/WO2021132848A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
    • B23K26/0846—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt for moving elongated workpieces longitudinally, e.g. wire or strip material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/386—Removing material by boring or cutting by boring of blind holes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/402—Removing material taking account of the properties of the material involved involving non-metallic material, e.g. isolators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing an electrode for a secondary battery using a laser, and an electrode for a secondary battery manufactured thereby, specifically, an apparatus and method for manufacturing an electrode for a secondary battery in which a hole is formed in an electrode mixture using a laser, and to an electrode for a secondary battery manufactured thereby.
  • a secondary battery is a representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy, and its use area is gradually expanding.
  • the capacity of the secondary batteries increases and the electrode density also increases.
  • the electrode density is increased to increase the capacity as described above, the porosity is reduced and the degree of curvature is increased to increase the movement path of lithium ions, thereby reducing the ion conductivity and thus the output characteristics are reduced. have. That is, as the capacity is increased by increasing the electrode density of the secondary battery, the output characteristics decrease.
  • An object of the present invention is to improve output characteristics while minimizing capacity reduction of a secondary battery including the same by forming a plurality of holes by laser etching in an electrode mixture to reduce the degree of curvature.
  • a transfer unit for continuously transferring the sheet-type current collector
  • a coating unit for coating the electrode active material slurry on at least one surface of the sheet-type current collector
  • a drying unit for drying the coated electrode active material slurry to form an electrode mixture on at least one surface of the sheet-type current collector
  • a rolling unit for rolling the electrode mixture through a pair of rollers
  • a laser unit for forming an electrode sheet by laser etching the electrode mixture to form a plurality of holes having a difference in thickness
  • a roller-shaped winder for rewinding the electrode sheet
  • the laser unit is provided with an electrode manufacturing apparatus for forming each hole with a nanosecond laser irradiation twice or less.
  • the transfer unit may transfer the sheet-type current collector at a speed of 40 m/min to 80 m/min.
  • the nanosecond laser may satisfy the following conditions 1 to 4.
  • Pulse Duration 55ns to 220ns
  • Pulse Energy 0.28 mJ to 2.84 mJ.
  • the plurality of holes formed by the laser etching may be formed in a conical shape in which diameters decrease from the surface portion of the electrode mixture to the sheet-like current collector.
  • the hole may be formed in a ratio of a diameter of the surface portion of the electrode mixture to a depth of the surface portion of the electrode mixture in the direction of the sheet-type current collector in a ratio of 1:1 to 2:1.
  • the diameter of the hole at the surface portion of the electrode mixture may be specifically formed in a range of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, and the distance between each hole is 100 based on the distance between the horns of each hole located in a portion close to the current collector, It may be formed in a range of ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the laser unit may further include a polygon mirror, and may be etched through the polygon mirror during laser etching.
  • the process (c) provides a method of manufacturing an electrode in which each hole is formed by irradiation of two or less times with a nanosecond laser.
  • the sheet-type current collector may be transported at a speed of 40 m/min to 80 m/min.
  • the nanosecond laser may satisfy the following conditions 1 to 4.
  • Pulse Duration 55ns to 220ns
  • Pulse Energy 0.28 mJ to 2.84 mJ.
  • the plurality of holes formed by the laser etching may be formed in a conical shape in which the diameter decreases in the direction of the sheet-type current collector from the surface portion of the electrode mixture, wherein the holes have a diameter at the surface portion of the electrode mixture, A depth from the surface portion of the electrode mixture in the direction of the sheet-type current collector may be formed in a ratio of 1:1 to 2:1.
  • the diameter of the hole at the surface portion of the electrode mixture may be specifically formed in a range of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, and the distance between each hole is 100 based on the distance between the horns of each hole located in a portion close to the current collector, It may be formed in a range of ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the laser unit may further include a polygon mirror, and may be etched through the polygon mirror during laser etching.
  • the electrode has an electrode mixture formed on at least one surface of the current collector, and in the electrode mixture, the size of the diameter at the surface of the electrode mixture and the depth in the direction of the sheet-like current collector from the surface of the electrode mixture in the direction of the current collector is 1:1.
  • An electrode in which a plurality of cone-shaped holes having a ratio of to 2:1 are formed to form a step difference in thickness is provided.
  • the diameter of the hole at the surface of the electrode mixture may be 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, and the spacing between the holes may be 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • an electrode for a secondary battery by forming a plurality of holes having a step difference in thickness using a laser in an electrode mixture, an electrode having a reduced degree of curvature and increased ionic conductivity can be manufactured, Accordingly, there is an effect that can improve the output characteristics and high rate characteristics of the secondary battery including the same.
  • the manufacturing apparatus and method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to the present invention also uses a nanosecond laser in consideration of the electrode process speed, and forms a hole having a desired diameter and depth by irradiation twice or less. This has the effect of minimizing the loss of capacity.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrode manufacturing apparatus for a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • Example 6 is a plan view SEM photograph of the positive electrode of Example 3 according to Experimental Example 2;
  • Example 7 is a plan view SEM photograph of the positive electrode of Example 4 according to Experimental Example 2;
  • Example 8 is a plan view SEM photograph of the positive electrode of Example 5 according to Experimental Example 2;
  • FIG. 11 is a plan view SEM photograph of the positive electrode of Comparative Example 5 according to Experimental Example 2;
  • an apparatus for manufacturing an electrode for a secondary battery there is provided an apparatus for manufacturing an electrode for a secondary battery
  • a transfer unit for continuously transferring the sheet-type current collector
  • a coating unit for coating the electrode active material slurry on at least one surface of the sheet-type current collector
  • a drying unit for drying the coated electrode active material slurry to form an electrode mixture on at least one surface of the sheet-type current collector
  • a rolling unit for rolling the electrode mixture through a pair of rollers
  • a laser unit for forming an electrode sheet by laser etching the electrode mixture to form a plurality of holes having a difference in thickness
  • a roller-shaped winder for rewinding the electrode sheet
  • the laser unit is provided with an electrode manufacturing apparatus for forming each hole with a nanosecond laser irradiation twice or less.
  • FIG. 1 schematically shows such an electrode manufacturing apparatus
  • FIG. 2 schematically shows an electrode manufactured by such a manufacturing method.
  • a transfer unit 120 for continuously transferring the sheet-shaped current collector 101
  • a drying unit 140 for drying the coated electrode active material slurry 102 to form an electrode mixture 103 on at least one surface of the sheet-type current collector 101;
  • a rolling unit 150 for rolling the electrode mixture 103 through a pair of rollers 151 and 152;
  • a roller-shaped winder 170 for rewinding the electrode sheet 180;
  • the unwinder 110 has a structure in which a sheet-type current collector 101 is wound on a roll.
  • the unwinder 110 unwinds the sheet-shaped current collector 101 to transport the sheet-shaped current collector 101 by the transfer unit 120 .
  • the transfer unit 120 receives the sheet-type current collector 101 unwound from the unwinder 110 , and winds it through the coating unit 130 , the drying unit 140 , the rolling unit 150 , and the laser unit 160 . It serves to transfer the sheet-type current collector 101 to the odor 170 .
  • the transfer unit 120 may be a roll.
  • the sheet-shaped current collector 101 may be transferred, for example, at a speed of 40 m/min to 80 m/min, and specifically be transferred at a speed of 60 m/min to 80 m/min.
  • the sheet-shaped current collector 101 unwound from the unwinder 110 and transferred by the transfer unit 120 is transferred to the coating unit 130 by the transfer unit 120 .
  • the coating unit 130 coats the electrode active material slurry 102 on the sheet-type current collector 101 .
  • the coating part is not limited as long as it is a form capable of coating the electrode active material slurry, and may be coated by a conventionally known coating device such as a coating die, a coating roll, or a slide-slot.
  • the active material slurry was shown to be coated through a coating die.
  • the coating unit 130 is a coating die 131 provided with an outlet slot so that the electrode active material slurry 102 flows out toward the sheet-type current collector 101, and at a predetermined interval from the outlet slot of the die 131 .
  • a structure including a coater roll 132 disposed to be spaced apart and configured to transfer the sheet-type current collector 101 by rotation so that the electrode active material slurry 102 can be applied to the sheet-type current collector 101 by the coating die 131 . can be made with
  • the sheet-shaped current collector 101 coated with the electrode active material slurry 102 is transferred to the drying unit 140 by the transfer unit 120 .
  • the drying unit 140 is not limited as long as it is a device capable of forming the electrode mixture 103 by evaporating a solvent from the electrode active material slurry, and may have any conventionally known structure, for example, a heating type and/or hot air. can be done in this way.
  • an electrode mixture 103 in a form in which the solvent is evaporated is formed on the sheet-type current collector 101, and this electrode mixture 103 has an appropriate porosity through the rolling unit 150, and rolled to have an electrode density.
  • the rolling unit 150 is not limited in its device, structure, etc., as long as it is a form capable of rolling the electrode mixture, but for example, it may be in the form of rolling by adjusting the spacing between the pair of rollers 151 and 152 have.
  • the rolled electrode mixture 103 is transferred to the laser unit 160 by the transfer unit 120 , and the laser unit 160 uses a laser to etch the electrode mixture 103 , so that the thickness difference (Tt)
  • Tt thickness difference
  • the laser unit 160 uses a nanosecond laser 161, and each hole 181 is formed by irradiation less than twice, and in detail, it is formed by irradiation once.
  • the depth in the case of forming the thickness step in the form of a hole compared to the case of forming in the form of a line, the depth can be formed about twice as deep, and it is superior in terms of electrode process speed. Therefore, in order to exhibit the effect of the present invention by irradiation twice or less, it must be formed in the form of a hole.
  • the desired diameter and depth of the hole can be obtained by irradiating the laser several times to the electrode mixture. A hole with a shallow depth and a wide diameter is formed.
  • the loss of the electrode mixture increases, which leads to a decrease in the capacity of the secondary battery including the same, which is not preferable.
  • the transfer speed of the transfer unit is preferably 40 m/min to 80 m/min.
  • a femtosecond or picosecond laser is used several times in the present invention. In the case of irradiation, it is almost impossible to irradiate the laser precisely several times on one part, and as a result, it is difficult to form a hole with a small deviation in the shape of a wide hole.
  • the nanosecond laser should be irradiated twice or less, specifically once, to form a thickness step.
  • the nanosecond laser may satisfy the following conditions 1 to 4 in detail.
  • Pulse Duration 55ns to 220ns
  • Pulse Energy 0.28 mJ to 2.84 mJ.
  • the pulse width is too small, the peak output is too high and energy is spread, so there is a problem in that the diameter is formed to be three times or more than the depth, like a picosecond laser, and when the pulse width is too large , the peak output becomes small and the hole is not formed properly.
  • the peak output becomes small and the hole is not formed properly.
  • the pulse energy becomes too large, the peak output becomes too large and the depth and diameter of the hole increase at the same time, and accordingly, the output characteristics Since the capacity loss becomes greater than the improvement, it is undesirable.
  • the hole 181 when the hole 181 is formed in the electrode mixture 103 using the nanosecond laser as described above, the hole 181 has a diameter from the surface portion of the electrode mixture 103 to the sheet-shaped current collector 101 direction. It can be formed in the form of this smaller conical shape.
  • the hole 181 has the same diameter (r) at the surface of the electrode mixture 103 and the depth d in the direction of the sheet-like current collector 101 from the surface of the electrode mixture 103, or
  • the diameter (r) may be greater than the depth (d), and specifically, the diameter (r) and the depth (d) of the hole 181 is 1:1 to 2:1, specifically 1:1 to It may be formed in a ratio of 1.7:1, more specifically, in a ratio of 1:1 to 1.5:1, and most specifically, in a ratio of 1:1 to 1.3:1.
  • the diameter (r) of the surface portion of the electrode mixture of the hole 181 may be formed in a range of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, specifically, 20 ⁇ m to 45 ⁇ m, and more specifically 25 ⁇ m to 35 ⁇ m. have.
  • the spacing w of each hole 181 is 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, specifically 200 ⁇ m to 400 ⁇ m, and more specifically 200 ⁇ m to 200 ⁇ m. It may be formed in a thickness of 300 ⁇ m.
  • the spacing w of the holes 181 also affects the diameter r and depth d of the holes to be formed.
  • the gap (w) is too small, the electrode binder is melted by the heat of the laser, and the adhesive force between the electrode and the current collector and the electrode adhesive force are lowered, so that the electrode active material is highly likely to be detached, and the current collector is heated by the heat. Deformation may occur, and if it is smaller than the above range, the effect of improving output characteristics is insignificant.
  • the laser unit 160 may further include a polygon mirror 162 , and may be etched through the polygon mirror 162 during laser etching.
  • the hole 181 can be formed at a higher speed even with a single laser source, which is more preferable when applied to a mass production process.
  • the electrode sheet 180 which is laser etched by the laser unit 160 and formed with a plurality of holes 181 , is wound on a roller-shaped winder 170 .
  • the winder 170 has a structure in which the electrode sheet 180 is wound on a roll, similarly to the unwinder 110 .
  • a method for manufacturing an electrode for a secondary battery comprising:
  • the process (c) provides a method of manufacturing an electrode in which each hole is formed by irradiation of two or less times with a nanosecond laser.
  • the electrode active material slurry of step (a) includes the active material as described above.
  • the type of the active material is determined depending on whether the electrode is a positive electrode or a negative electrode.
  • the active material may include, for example, carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiO x (0 ⁇ x ⁇ 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the above-mentioned metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used.
  • carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon
  • metal compounds capable of alloying with lithium such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga
  • a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material.
  • both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • low crystalline carbon soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, flaky, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish) graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) high-temperature calcined carbon such as derived cokes)
  • the electrode active material slurry may further include a conductive material and a binder, and optionally, may further include a filler.
  • the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity.
  • Specific examples include carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; graphite such as natural graphite and artificial graphite; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide;
  • a conductive polymer such as a polyphenylene derivative, or carbon nanotubes may be used, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used.
  • the conductive material may be included in an amount of 0.5 to 10% by weight, specifically 1 to 5% by weight, based on the total weight of each positive electrode mixture.
  • the binder serves to improve adhesion between the positive active material particles and the adhesion between the positive active material and the current collector.
  • Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC) ), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.
  • the binder may be included in an amount of 0.5 to 10% by weight, specifically 1 to 5% by weight, based on the total weight of each
  • the conductive material and the binder are included in a large amount outside the above range, the content of the positive active material is relatively reduced to lower the capacity and energy density, and when included in too small amount, conductivity and binding properties are exhibited. Since it is difficult to do, it is not preferable.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery.
  • an olipine-based polymer such as polyethylene or polypropylene
  • a fibrous material such as glass fiber or carbon fiber is used.
  • the binder may be added in an amount of 0.1 to 3% by weight based on the total weight of each positive electrode mixture.
  • the sheet-type current collector on which the electrode active material slurry is coated in the process (b) is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium , calcined carbon or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used.
  • the sheet-type current collector may have a thickness of 3 ⁇ m to 500 ⁇ m, and may increase the adhesion of the active material by forming fine irregularities on the surface of the current collector.
  • it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.
  • the process of coating, drying, and rolling the electrode active material slurry onto the sheet-type current collector is the same as described above, and the transfer speed of the sheet-type current collector is also the same as described above.
  • the method of manufacturing the electrode sheet by laser etching the electrode mixture in the process (c) to form a plurality of holes having different thicknesses is also the same as described above.
  • each hole may be formed by irradiation of two or less times with a nanosecond laser, and the following conditions 1 to 4 may be satisfied.
  • Pulse Duration 55ns to 220ns
  • Pulse Energy 0.28 mJ to 2.84 mJ.
  • the hole may be formed in a conical shape in which the diameter decreases in the direction of the sheet-type current collector from the surface portion of the electrode mixture, and the diameter at the surface portion of the electrode mixture and the direction of the sheet-type current collector from the surface portion of the electrode mixture
  • the depth of the furnace may be formed in a ratio of 1:1 to 2:1.
  • the hole may have a diameter of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m in the surface portion of the electrode mixture, and an interval of each hole may be formed in a range of 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • a polygon mirror may be used together during the laser etching.
  • the electrode has an electrode mixture formed on at least one surface of the current collector, and in the electrode mixture, the size of the diameter at the surface of the electrode mixture and the depth in the direction of the sheet-like current collector from the surface of the electrode mixture in the direction of the current collector is 1:1.
  • An electrode in which a plurality of cone-shaped holes having a ratio of to 2:1 are formed to form a step difference in thickness is provided.
  • the cone-shaped hole may have a ratio of a diameter and a depth of 1:1 to 1.7:1, more specifically 1:1 to 1.5:1, and most specifically may be in a ratio of 1:1 to 1.3:1.
  • the diameter of the hole in the surface portion of the electrode mixture may be 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, specifically, 20 ⁇ m to 45 ⁇ m, more specifically 25 ⁇ m to 35 ⁇ m.
  • the spacing of each hole may be 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, specifically 200 ⁇ m to 400 ⁇ m, and more specifically 200 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the electrode may be an anode or a cathode, and holes as described above may be formed in both the anode and the cathode.
  • holes as described above When the hole as described above is formed in the positive electrode and used, high rate discharge characteristics can be improved, and when formed and used in the negative electrode, advantageous characteristics for rapid charging can be exhibited. properties can be improved.
  • Artificial graphite is used as an active material
  • SBR is used as a binder and carbon blackdmf is used as a conductive material
  • CMC is used as an additive
  • the electrode active material: binder: conductive material: additive is dissolved in water so that the weight ratio is 96: 0.5: 2.5: 1.
  • the added electrode active material slurry was coated on a current collector of Cu foil with a thickness of about 130 ⁇ m and a loading amount of 250 mg/25 cm 2 , dried, and then rolled to prepare a preliminary negative electrode having a negative electrode mixture.
  • a nanosecond laser (SPI G4, 1064 nm) was used for the negative electrode mixture of the preliminary negative electrode prepared in Preparation Example, and a plurality of holes were formed by one irradiation at intervals of 100 ⁇ m under the following conditions to prepare a negative electrode. .
  • Example 1 a negative electrode was manufactured by forming holes in the same manner as in Example 1, except that the distance between the holes was 200 ⁇ m.
  • Example 1 holes were formed in the same manner to prepare a negative electrode, except that the spacing of the holes was 200 ⁇ m, and a plurality of holes were formed by irradiation three times.
  • the positive electrodes prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 were taken on a plane SEM photograph and shown in FIG. 3, and the hole depth and hole diameter (planar diameter) were measured with a non-contact surface profiler (Optical Profiler). Accordingly, the results are shown in FIG. 4, and the distribution of the hole depth and the hole diameter is shown in FIG. 5 below.
  • Example 1 except that the gap between the holes was 500 ⁇ m, holes were formed in the same manner to prepare a negative electrode.
  • Example 1 holes were formed in the same manner to prepare a cathode, except that the gap between the holes was 500 ⁇ m and the laser output was 40 W (80%).
  • Example 1 holes were formed in the same manner to prepare a cathode, except that the distance between the holes was 500 ⁇ m and the output of the laser was 30 W (60%).
  • Example 1 holes were formed in the same manner to prepare a cathode, except that the gap between the holes was 500 ⁇ m and the laser output was 20 W (40%).
  • a picosecond laser (TruMicro 5050, 1030 nm) was used for the negative electrode mixture of the preliminary negative electrode prepared in Preparation Example, and a plurality of holes were formed by one irradiation at an interval of 500 ⁇ m under the following conditions to prepare a negative electrode did.
  • holes with an average diameter of 50 ⁇ m or less are properly formed, whereas even if nanoseconds are used, holes are not formed properly when the output is too low, picoseconds In case of using , it is not appropriate because the diameter of the hole becomes larger than 100 ⁇ m.
  • Example 1 a negative electrode was manufactured by forming holes in the same manner, except that the gap between the holes was 150 ⁇ m.
  • a negative electrode was manufactured under the same conditions except that in Example 1, a line-shaped groove was formed instead of a hole using a nanosecond laser, and the interval was 100 ⁇ m.
  • a negative electrode was manufactured under the same conditions except that in Example 1, a line-shaped groove was formed instead of a hole, and the interval was 150 ⁇ m using a nanosecond laser.
  • a negative electrode was manufactured under the same conditions except that in Example 1, a line-shaped groove was formed instead of a hole, and the interval was 200 ⁇ m using a nanosecond laser.
  • the reduction rate of the loading amount was calculated by measuring the weight before and after laser treatment, removing the active material, measuring the weight of the Cu foil, (weight of active material before laser treatment - weight of active material after treatment) / weight of active material before laser treatment.
  • the negative electrode prepared in Example 1 (average hole diameter: 50 ⁇ m, hole average depth: 34 ⁇ m) was used.
  • the electrode active material slurry was added to water so that the weight ratio of electrode active material: binder: conductive material was 97.6: 1.2: 1.2 by Al foil.
  • a positive electrode having a thickness of about 110 ⁇ m and a loading amount of about 500 mg/25 cm 2 was dried and rolled on the current collector to prepare a positive electrode mixture.
  • the holes formed in the cathode had an average diameter of about 50 ⁇ m and an average depth of about 34 ⁇ m.
  • the holes formed in the cathode had an average diameter of about 40 ⁇ m and an average depth of about 24 ⁇ m.
  • the holes formed in the cathode had an average diameter of about 60 ⁇ m and an average depth of about 26 ⁇ m.
  • the secondary batteries prepared in Examples 7 and 8 and Comparative Examples 9 and 10 were charged at 1C to 4.2V under constant current/constant voltage (CC/CV) conditions, and then at 1/3C to 3.4V under constant current (CC) conditions. After discharging, the discharge capacity was measured, and the result is shown in FIG. 14 below.
  • CC/CV constant current/constant voltage
  • CC constant current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

본 발명에서는, 나노초 레이저로 2회 이하로 조사하여 다수의 홀을 전극합제에 형성하는 이차전지용 전극 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조되는 이차전지용 전극이 제공된다.

Description

레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 12월 23일자 한국 특허 출원 제10-2019-0173412호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극, 상세하게는 레이저를 이용하여 전극합제 상에 홀을 형성하는 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라, 대기 오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이와 같이 리튬 이차전지의 수요가 급증하고, 이차전지의 사용 시간이 늘어남에 따라, 이차전지의 용량이 증가하면서 전극 밀도 또한 증가하였다. 그러나, 이와 같이 용량의 증가를 위래 전극 밀도를 높이는 경우, 공극률을 감소하고, 굴곡도는 증가하여 리튬 이온의 이동 경로가 증가하는 바 이온전도도는 감소하게 되고, 이에 따라 출력 특성이 감소하는 문제가 있다. 즉, 이차전지의 전극 밀도를 높여 용량을 증가시킬수록 출력 특성은 감소한다.
그럼에도 불구하고, 리튬 이차전지가 사용되는 영역이 늘어나면서, 고용량과 고출력을 모두 요구하게 되므로, 이온전도도를 증가시켜 고출력이 가능한 전지의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전극 합제에 레이저 에칭으로 다수의 홀을 형성하여 굴곡도를 감소시킴으로써 이를 포함하는 이차전지의 용량 감소는 최소화하면서 출력 특성은 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
이하 본 발명의 일 구현에예 따르면, 이차전지용 전극을 제조하기 위한 장치로서,
시트형 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);
상기 시트형 집전체를 연속적으로 이송하는 이송부;
상기 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅부;
상기 코팅된 전극 활물질 슬러리를 건조하여 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극합제를 형성하는 건조부;
상기 전극합제를 한쌍의 롤러를 통해 압연하는 압연부;
상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 레이저부;
및
상기 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);
를 포함하고,
상기 레이저부는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극 제조장치가 제공된다.
이때, 상기 이송부는 시트형 집전체를 40m/분 내지 80 m/분의 속도로 이송할 수 있다.
한편, 상기 나노초 레이저는 하기의 조건 1 내지 4를 만족할 수 있다.
[조건 1]
출력(Average Power): 26W 내지 100W,
[조건 2]
진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
[조건 3]
펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
[조건 4]
펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
상기 레이저 에칭에 의해 형성되는 다수의 홀은 전극 합제의 표면부에서부터 시트형 집전체의 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 홀은 전극 합제의 표면부에서의 지름과, 전극 합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이가 1:1 내지 2:1의 비율로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀의 전극 합제의 표면부에서의 지름은, 구체적으로 10㎛ 내지 50㎛으로 형성될 수 있고, 각각의 홀의 간격은, 집전체와 가까운 부분에 위치하는 각 홀의 뿔 사이를 기준으로, 100㎛ 내지 500㎛로 형성될 수 있다.
더 나아가, 상기 레이저부는 폴리곤 미러를 더 포함하여, 레이저 에칭시 폴리곤 미러를 통해 에칭할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 이차전지용 전극을 제조하는 방법으로서,
(a) 활물질을 포함하는 전극 활물질 슬러리를 제조하는 과정;
(b) 상기 전극 슬러리를, 이송되는 시트형 집전체의 적어도 일면에 코팅, 건조하여 전극합제를 형성하고, 이를 압연하는 과정; 및
(c) 상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 과정;
을 포함하고,
상기 과정(c)는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 시트형 집전체는 40m/분 내지 80 m/분의 속도로 이송될 수 있다.
한편, 상기 나노초 레이저는 하기의 조건 1 내지 4를 만족할 수 있다.
[조건 1]
출력(Average Power): 26W 내지 100W,
[조건 2]
진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
[조건 3]
펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
[조건 4]
펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
상기 레이저 에칭에 의해 형성되는 다수의 홀은 전극 합제의 표면부에서부터 시트형 집전체의 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성될 수 있고, 이때, 상기 홀은 전극 합제의 표면부에서의 지름과, 전극 합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이가 1:1 내지 2:1의 비율로 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀의 전극 합제의 표면부에서의 지름은, 구체적으로 10㎛ 내지 50㎛으로 형성될 수 있고, 각각의 홀의 간격은, 집전체와 가까운 부분에 위치하는 각 홀의 뿔 사이를 기준으로, 100㎛ 내지 500㎛로 형성될 수 있다.
더 나아가, 상기 레이저부는 폴리곤 미러를 더 포함하여, 레이저 에칭시 폴리곤 미러를 통해 에칭할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 구현예에 따르면,
상기 전극의 제조방법에 의해 제조된 이차전지용 전극으로서,
상기 전극은, 집전체의 적어도 일면에 전극합제가 형성되어 있고, 상기 전극합제에는, 전극합제의 표면부에서의 지름과 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이의 크기가 1:1 내지 2:1의 비율인 원뿔 형태의 홀이, 두께의 단차를 형성하도록 다수 형성되어 있는 전극이 제공된다.
이때, 상기에서도 설명한 바와 같이, 상기 홀의 전극 합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛이고, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법은, 전극 합제에 레이저를 이용하여 두께에 단차를 가지는 다수의 홀을 형성함으로써, 굴곡도가 감소되어 이온전도도가 증가한 전극을 제조할 수 있고, 이에 따라, 이를 포함하는 이차전지의 출력 특성, 고율 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법은, 또한, 전극 공정 속도를 고려하여, 나노초 레이저를 사용하고, 2회 이하의 조사로 소망하는 정도의 지름과, 깊이를 가지는 홀을 형성할 수 있는 바, 용량의 손실을 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이차전지용 전극 제조장치의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 전극의 모식도이다;
도 3은 실험예 1에 따른 양극의 평면상 SEM 사진들이다;
도 4는 실험예 1에 따른 홀 깊이와 홀 지름을 비접촉식 표면형상 측정기(Optical profiler)로 측정한 그래프이다;
도 5는 실험예 1에 따른 홀 깊이와 홀 지름의 분포도를 도시한 그래프이다;
도 6은 실험예 2에 따른 실시예 3의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 7은 실험예 2에 따른 실시예 4의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 8은 실험예 2에 따른 실시예 5의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 9는 실험예 2에 따른 비교예 3의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 10은 실험예 2에 따른 비교예 4의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 11은 실험예 2에 따른 비교예 5의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 12는 실험예 2에 따른 비교예 6의 양극의 평면상 SEM 사진이다;
도 13은 실험예 3에 따른 로딩량 감소율 비교 그래프이다;
도 14는 실험예 4에 따른 초기방전용량의 비교 그래프이다;
도 15는 실험예 4에 따른 C-rate별 방전용량 비교 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이차전지용 전극을 제조하기 위한 장치로서,
시트형 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);
상기 시트형 집전체를 연속적으로 이송하는 이송부;
상기 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅부;
상기 코팅된 전극 활물질 슬러리를 건조하여 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극합제를 형성하는 건조부;
상기 전극합제를 한쌍의 롤러를 통해 압연하는 압연부;
상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 레이저부;
및
상기 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);
를 포함하고,
상기 레이저부는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극 제조장치가 제공된다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 도면을 참조하여, 본 발명의 전극 제조장치에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 도면은 하나의 예시일 뿐, 본 발명은 본 발명의 범주 내에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 도면에 한정되지 않는다.
구체적으로, 도 1에는 이러한 전극 제조장치를 모식적으로 도시하였고, 도 2에는 이와 같은 제조방법에 의해 제조된 전극이 모식적으로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 제조장치는,
시트형 집전체(101)가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(110);
상기 시트형 집전체(101)를 연속적으로 이송하는 이송부(120);
상기 시트형 집전체(101)의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리(102)를 코팅하는 코팅부(130);
상기 코팅된 전극 활물질 슬러리(102)를 건조하여 시트형 집전체(101)의 적어도 일면에 전극합제(103)를 형성하는 건조부(140);
상기 전극합제(103)를 한쌍의 롤러(151, 152)를 통해 압연하는 압연부(150);
상기 전극합제(103)를 레이저 에칭하여 두께의 단차(T-t)가 있는 다수의 홀(181)을 형성하여 전극 시트(180)를 제조하는 레이저부(160);
및
상기 전극 시트(180)를 되감는 롤러 형상의 권취기(170);
를 포함한다.
이하에서는 상기 전극 제조장치의 구성요소들에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 상기 권출기(110)는 시트형 집전체(101)를 롤에 감고 있는 구조로 이루어져 있다.
이러한 권출기(110)는 시트형 집전체(101)를 권출시켜 이송부(120)에 의해 시트형 집전체(101)를 이송되도록 한다.
이송부(120)는 권출기(110)로부터 권출되는 시트형 집전체(101)를 송부 받아, 코팅부(130), 건조부(140), 압연부(150), 및 레이저부(160)를 거쳐 권취기(170)까지 시트형 집전체(101)를 이송시키는 역할을 수행한다.
여기서, 이송부(120)는 롤일 수 있다.
이와 같은 이송부(120)에 의해 시트형 집전체(101)는 예를 들어, 40m/분 내지 80 m/분의 속도로 이송될 수 있고, 상세하게는 60m/분 내지 80m/분의 속도로 이송될 수 있다.
상기 범위의 속도를 만족할 때 상업적으로 의미를 가진다.
상기 범위를 벗어나, 너무 빠른 속도로 진행되는 경우, 각각의 공정을 수행 시 문제가 생길 수 있으며, 예를 들어, 전극 활물질 슬러리의 도포나 건조, 또는 전극합제의 압연 등이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 반면, 너무 느린 속도로 진행되는 경우에는, 상업적으로 의미있는 전극의 제조 속도를 얻을 수 없으므로, 바람직하지 않다.
다음으로, 권출기(110)로부터 권출되어 이송부(120)에 의해 이송된 시트형의 집전체(101)는 이송부(120)에 의해 코팅부(130)로 이송된다.
코팅부(130)은 시트형 집전체(101) 상에 전극 활물질 슬러리(102)를 코팅한다.
이때, 상기 코팅부는 전극 활물질 슬러리를 코팅할 수 있는 형태라면 한정되지 아니하고, 코팅 다이, 코팅 롤, 또는 슬라이드-슬롯 등의 종래 알려진 코팅 장치에 의해 코팅될 수 있으나, 도 1에는 하나의 예로, 전극 활물질 슬러리는 코팅 다이를 통해 코팅되는 구조를 도시하였다.
구체적으로, 코팅부(130)은 시트형 집전체(101)를 향하여 전극 활물질 슬러리(102)가 외부로 유출되도록 유출 슬롯이 마련된 코팅 다이(131), 및 다이(131)의 유출 슬롯으로부터 소정 간격으로 이격 배치되고, 코팅 다이(131)에 의해 시트형 집전체(101)에 전극 활물질 슬러리(102)가 도포될 수 있도록 회전에 의해 시트형 집전체(101)를 이송하는 코터 롤(132)을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
이후, 전극 활물질 슬러리(102)가 코팅된 시트형 집전체(101)은 이송부(120)에 의해 건조부(140)으로 이송된다.
상기 건조부(140)는 전극 활물질 슬러리에서 용매를 증발시켜 전극합제(103)을 형성할 수 있는 장치라면 한정되지 아니하고, 종래 알려진 어떠한 구조를 가질 수도 있으며, 예를 들어, 가열식, 및/또는 열풍식으로 수행될 수 있다.
이와 같은 건조부(140)를 통과하면, 시트형 집전체(101) 상에는 용매가 증발한 형태의 전극합제(103)가 형성되고, 이러한 전극합제(103)은 압연부(150)를 통해 적절한 공극률, 및 전극 밀도를 가지도록 압연된다.
상기 압연부(150)는 전극 합제를 압연할 수 있는 형태라면 그 장치, 구조 등이 한정되지 아니하나, 예를 들어, 한쌍의 롤러(151, 152)의 이격간격을 조절하여 압연하는 형태일 수 있다.
압연이 완료된 전극합제(103)는 이송부(120)에 의해 레이저부(160)로 이송되고, 레이저부(160)는 레이저를 이용하여, 전극합제(103)를 에칭함으로써, 두께의 단차(T-t)가 있는 다수의 홀(181)을 형성한다.
이때, 상기 레이저부(160)는 나노초 레이저(161)를 사용하며, 각각의 홀(181)을 2회 이하의 조사로 형성하고, 상세하게는 1회 조사로 형성한다.
본 발명에 따른 효과를 발휘하기 위해서는, 전극합제(103)의 표면부에서의 지름(r)은 작을수록, 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이(d)가 시트형 집전체(101)를 손상시키지 않는 범위에서, 깊을수록, 용량의 저하는 최소화되면서 굴곡도를 감소시킬 수 있는 바, 바람직하다.
이와 관련하여, 홀(hole)의 형태로 두께의 단차를 형성하는 경우가 라인(line) 형태로 형성하는 경우에 비해, 깊이가 약 2배 정도로 깊게 형성 가능할 뿐 아니라, 전극 공정 속도 측면에도 우위에 있으므로, 2회 이하의 조사로 본 발명의 효과를 발휘하기 위해서는 홀 형태로 형성해야 한다.
또한, 상기 범위를 벗어나, 3회 이상으로 조사 횟수를 늘리면, 홀의 지름은 커지고, 그 편차가 심해지고, 레이저 에너지로 인한 온도 상승으로, 전극합제의 탈리가 증가하여 용량이 감소되는 반면, 깊이 방향으로의 추가 가공은 미미하므로 본 발명이 소망하는 효과를 모두 얻기에는 바람직하지 않고, 더 나아가, 버(burr)가 발생할 수도 있는 문제가 있다.
더욱이, 나노초 레이저를 사용하지 않고, 펨토초나 피코초 레이저를 사용하는 경우에는, 수차례 레이저를 전극합제에 조사해야 원하는 홀의 지름과 깊이를 얻을 수 있고, 2회 이하의 조사로는 에너지가 넓게 퍼져 홀의 깊이는 얕고, 지름은 넓은 퍼진 형상의 홀이 형성되게 된다.
이 경우, 전극합제의 손실이 많아지게 되고, 이는 이를 포함하는 이차전지의 용량의 저하를 가져오는 바, 바람직하지 않다.
반면에, 본 발명에 따른 전극의 제조 과정에서의 이송부의 이송 속도는 40m/분 내지 80 m/분임이 바람직한 바, 본 발명이 소망하는 형상의 홀을 형성하기 위해 펨토초나 피코초 레이저를 수차례 조사를 수행하는 경우에는 한 부분에 정확히 여러 번 레이저를 조사하는 것이 거의 불가능 해, 결과적으로 홀이 넓게 퍼지는 형상으로 편차가 적은 홀의 형성이 어렵다.
또한, 팸코초와 피코초 레이저의 출력을 높이는 경우, 소망하는 정도의 홀의 깊이를 얻을 수는 있으나, 동시에 지름의 크기도 커져 용량 손실이 크게 되며, 우치에 따른 편차가 커서 적절하지 않다.
결론적으로, 본 발명에 따른 효과를 얻기 위해서는, 최적의 홀 형태를 얻어야 하며, 이를 위해서는 나노초 레이저를 2회 이하, 상세하게는 1회 조사하여 두께의 단차를 형성해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 효과를 극대화 시키기 위해, 상기 나노초 레이저는 상세하게는, 하기 조건 1 내지 4를 만족할 수 있다.
[조건 1]
출력(Average Power): 26W 내지 100W,
[조건 2]
진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
[조건 3]
펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
[조건 4]
펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
상기 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않는 경우에는, 본 발명의 효과를 발휘하기 위해 최적화된 형상의 홀을 형성할 수 없어 바람직하지 않다.
구체적으로, 출력이 너무 작은 경우, 홀 형성이 제대로 이루어지지 않고, 상기 범위 이상의 출력을 내는 경우 형성된 홀의 지름이 너무 커져 전지 용량이 감소되는 바, 바람직하지 않다.
또한, 진동수가 너무 작은 경우에는, 출력이 낮아져 홀 형성이 제대로 이루어지지 않고, 너무 큰 경우에는, 홀의 지름이 너무 커지는 문제가 있다.
이와 유사하게, 펄스 폭이 너무 작은 경우에는, 피크 출력이 너무 높아져 에너지가 퍼지는 현상이 발행하여 피코초 레이저와 같이 지름이 깊이보다 3배 이상으로 형성되는 문제가 있고, 펄스 폭이 너무 큰 경우에는, 피크 출력이 작아져 홀이 제대로 형성되지 않게 된다.
또한, 펄스 에너지가 상기 범위를 벗어나 너무 작으면 피크 출력이 작아지게 되어 홀이 제대로 형성되지 않고, 펄스 에너지가 너무 커지게 되면 피크 출력이 너무 커져 홀의 깊이와 지름이 동시에 커지고, 이에 따라 출력 특성의 개선보다 용량 손실이 커지게 되는 바, 바람직하지 않다.
한편, 상기와 같은 나노초 레이저를 사용하여 전극합제(103)에 홀(181)을 형성하는 경우, 상기 홀(181)은, 전극합제(103)의 표면부에서부터 시트형 집전체(101) 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 효과를 발휘하기 위해서는, 홀의 지름(r)은 작을수록, 깊이(d)는, 시트형 집전체(101)를 손상시키지 않는 범위에서 깊을수록 바람직한 바, 상기 홀(181)은 전극합제(103)의 표면부에서의 지름(r)과, 전극합제(103)의 표면부에서 시트형 집전체(101) 방향으로의 깊이(d)의 크기가 같거나, 지름(r)이 깊이(d)보다 클 수 있고, 상세하게는, 홀(181)의 지름(r)과 깊이(d)가 1:1 내지 2:1의 비율, 상세하게는 1:1 내지 1.7:1의 비율, 더욱 상세하게는 1:1 내지 1.5:1의 비율, 가장 상세하게는, 1:1 내지 1.3:1의 비율로 형성될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 홀의 지름(r)이 너무 증가하면, 전극합제의 손실에 따라 용량이 감소하므로 바람직하지 않고, 깊이(d)가 너무 얕으면 출력 특성의 개선 효과가 미미하여 바람직하지 않다.
구체적으로, 상기 홀(181)의 전극합제의 표면부에서의 지름(r)은 10㎛ 내지 50㎛, 상세하게는, 20㎛ 내지 45㎛, 더욱 상세하게는 25㎛ 내지 35㎛으로 형성될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 지름(r)이 너무 크면 전극합제의 손실로 인한 용량 감소가 나타나는 문제가 있고, 상기 범위보다 작게 홀을 형성하는 것은 공정상 어렵다.
더 나아가, 본 발명의 의도한 효과를 더욱 효과적으로 발휘하기 위해서는, 각각의 홀(181)의 간격(w)은 100㎛ 내지 500㎛, 상세하게는 200㎛ 내지 400㎛, 더욱 상세하게는 200㎛ 내지 300㎛로 형성될 수 있다.
또한, 본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 홀(181)의 간격(w) 역시 형성되는 홀의 지름(r)과 깊이(d)에 영향을 미친다.
구체적으로, 홀(181)의 간격(w)이 작을수록 홀의 지름(r)과 깊이(d)도 커진다.
따라서, 상기 범위를 벗어나, 간격(w)이 너무 작으면 레이저의 열기에 의해 전극 바인더가 녹아 전극과 집전체 간 접착력과, 전극 접착력이 낮아져 전극 활물질의 탈리 가능성이 높으며, 열기에 의해 집전체의 변형이 올 수 있고, 상기 범위보다 작으면 출력 특성 개선 효과가 미미하다.
한편, 상기 레이저부(160)는 더 나아가, 폴리곤 미러(162)를 더 포함할 수 있고, 레이저 에칭시 폴리곤 미러(162)를 통해 에칭할 수 있다.
이와 같이, 폴리곤 미러(162)를 사용하는 경우, 하나의 레이저 소스로도 보다 빠른 속도로 홀(181)을 형성할 수 있어 양산 공정에 적용하는 경우, 더욱 바람직하다.
마지막으로, 레이저부(160)에서 레이저 에칭되어 다수의 홀(181)이 형성된 전극 시트(180)는, 롤러 형상의 권취기(170)에 권취된다.
권취기(170)은 권출기(110)와 동일하게, 전극 시트(180)를 롤에 감는 구조로 이루어져 있다.
더욱이, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면,
이차전지용 전극을 제조하는 방법으로서,
(a) 활물질을 포함하는 전극 활물질 슬러리를 제조하는 과정;
(b) 상기 전극 슬러리를, 이송되는 시트형 집전체의 적어도 일면에 코팅, 건조하여 전극합제를 형성하고, 이를 압연하는 과정; 및
(c) 상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 과정;
을 포함하고,
상기 과정(c)는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극의 제조방법이 제공된다.
상기 과정(a)의 전극 활물질 슬러리는 상기와 같이 활물질을 포함한다.
상기 활물질은 상기 전극이 양극인지, 음극인지에 따라 그 종류가 결정된다.
예를 들어, 상기 전극이 양극인 경우, 활물질은, 한정되지 아니하고, 예를 들어, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2, LiMn 2O 2, Li(Ni aCo bMn c)O 2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi 1-dCo dO 2, LiCo 1-d Mn dO 2, LiNi 1-dMn dO 2(0≤d＜1), Li(Ni aCo bMn c)O 4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn 2-eNi eO 4, LiMn 2-eCo eO 4 (0<e<2), LiCoPO 4, 또는 LiFePO 4 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
전극이 음극인 경우, 활물질은, 예를 들어, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiO x(0 < x < 2), SnO 2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 전극 활물질 슬러리에는 그 밖에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있고, 선택적으로, 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자, 또는 탄소 나노 튜브 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 특히, 탄소 나노 튜브를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 상기 물질이 도전서이 좋아 도전재의 함량을 최소화할 수 있기 때문이다. 상기 도전재는 각각의 양극 합제 전체 중량을 기준으로, 0.5 내지 10중량%, 상세하게는 1 내지 5중량%으로 포함될 수 있다.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 각각의 양극 합제 전체 중량을 기준으로, 0.5 내지 10중량%, 상세하게는 1 내지 5중량%으로 포함될 수 있다.
상기 도전재 및 바인더가 상기 범위를 벗어나, 많은 양으로 포함되는 경우, 상대적으로 양극 활물질의 함량이 감소해 용량, 및 에너지 밀도가 저하되며, 너무 적은 양으로 포함되는 경우, 도전성, 결착성을 발휘하기 어려운 바, 바람직하지 않다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다. 상기 바인더는 각각의 양극 합제 전체 중량을 기준으로, 0.1 내지 3 중량%로 첨가될 수 있다.
상기 과정(b)에서 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 시트형 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 시트형 집전체는 3㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 전극 활물질 슬러리의 시트형 집전체에의 코팅, 건조, 압연의 과정은 상기에서 설명한 바와 같으며, 시트형 집전체의 이송 속도 또한 상기에서 설명한 바와 같다.
상기 과정(c)에서 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀을 형성하여 전극 시트를 제조하는 방법 역시 상기에서 설명한 바와 같다.
구체적으로, 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하고, 하기 조건 1 내지 4를 만족할 수 있다.
[조건 1]
출력(Average Power): 26W 내지 100W,
[조건 2]
진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
[조건 3]
펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
[조건 4]
펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
또한, 상기 홀은, 전극합제의 표면부에서부터 시트형 집전체의 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성될 수 있고, 전극합제의 표면부에서의 지름과, 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이는 1:1 내지 2:1의 비율로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 홀은, 전극 합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛으로 형성되고, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 레이저 에칭시 폴리곤 미러를 함께 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면,
상기 전극의 제조방법에 의해 제조된 이차전지용 전극으로서,
상기 전극은, 집전체의 적어도 일면에 전극합제가 형성되어 있고, 상기 전극합제에는, 전극합제의 표면부에서의 지름과 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이의 크기가 1:1 내지 2:1의 비율인 원뿔 형태의 홀이, 두께의 단차를 형성하도록 다수 형성되어 있는 전극이 제공된다.
상기 원뿔 형태의 홀은 더욱 구체적으로, 그 지름과 깊이의 크기가 1:1 내지 1.7:1의 비율일 수 있고, 더욱 상세하게는 1:1 내지 1.5:1의 비율일 수 있고, 가장 상세하게는 1:1 내지 1.3:1의 비율일 수 있다.
또한, 상기 홀의 전극합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛, 상세하게는, 20㎛ 내지 45㎛, 더욱 상세하게는 25㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 의도한 효과를 더욱 효과적으로 발휘하기 위해서는, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛, 상세하게는 200㎛ 내지 400㎛, 더욱 상세하게는 200㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
상기 전극은 양극 또는 음극일 수 있고, 양극과 음극에 모두 상기와 같은 홀을 형성할 수도 있다. 상기와 같은 홀을 양극에 형성하여 사용하는 경우, 고율 방전 특성을 향상시킬 수 있으며, 음극에 형성하여 사용하는 경우, 급속 충전에 유리한 특성을 발휘시킬 수 있으므로, 어느 쪽에 형성하여도 이차전지의 고율 특성이 향상될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<제조예>
인조흑연을 활물질로서 사용하고, 바인더로서 SBR 및 도전재로서 carbon blackdmf 사용하고, 첨가제로서 CMC를 사용하여, 전극 활물질: 바인더: 도전재 : 첨가제를 중량비로 96: 0.5 : 2.5 : 1가 되도록 물에 첨가한 전극 활물질 슬러리를 Cu 호일의 집전체 상에 약 130㎛의 두께, 250mg/25cm 2의 로딩량으로 코팅, 건조한 후, 압연하여, 음극합제를 형성한 예비 음극을 제조하였다.
<실시예 1>
상기 제조예에서 제조된 예비 음극의 음극합제에 나노초 레이저(SPI G4, 1064nm)를 사용하고, 하기와 같은 조건으로 설정하여 100㎛의 간격으로 1회 조사로 다수의 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
출력: 49W (98% 출력),
진동수: 70kHz,
펄스 폭: 220ns,
펄스 에너지: 0.71mJ,
레이저 조사 시간: 1㎲,
파장: 1064nm
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 200㎛로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 200㎛로 하고, 3회 조사로 다수의 홀을 형성한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 2, 비교예 1에서 제조된 양극을 평면상 SEM사진을 찍어 하기 도 3에 도시하고, 홀 깊이와, 홀 지름(평면상 지름)을 비접촉식 표면형상측정기(Optical Profiler)로 측정하여, 그 결과를 도 4에 도시하고, 홀 깊이와 홀 지름의 분포도를 하기 도 5에 도시하였다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 홀 간격이 작을수록 홀 지름 및 깊이가 커짐을 알 수 있다(실시예 1 및 실시예 2 비교). 한편, 레이저를 수회 조사하는 경우(비교예 1), 홀의 지름은 가파르게 상승하나, 이에 비해, 깊이로는 추가 가공은 미미한 것을 확인할 수 있다,
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 500㎛한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 500㎛하고, 레이저의 출력을 40W(80%)로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 500㎛하고, 레이저의 출력을 30W(60%)로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 500㎛하고, 레이저의 출력을 20W(40%)로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 제조예에서 제조된 예비 음극의 음극합제에 피코초 레이저(TruMicro 5050, 1030nm)를 사용하고, 하기와 같은 조건으로 설정하여 500㎛의 간격으로 1회 조사로 다수의 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
출력: 50W (100% 출력),
진동수: 200kHz,
펄스 폭: 10ps,
펄스 에너지: 0.71mJ,
레이저 조사 시간: 1㎲,
파장: 1030nm
<비교예 4>
상기 비교예 3에서, 레이저의 출력을 40W(80%)로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<비교예 5>
상기 비교예 3에서, 레이저의 출력을 30W(60%)로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<실험예 2>
상기 실시예 3 내지 5, 비교예 2 내지 5에서 제조된 음극을 평면상 SEM사진들을 찍어 순서대로 하기 도 6 내지 도 12에 도시하였다.
도 6 내지 도 12을 참조하면, 본 발명에 따라 제조하는 경우, 평균 지름이 50㎛ 이내로 적절하게 홀을 형성하는 반면, 나노초를 사용하더라도 출력이 너무 낮은 경우에는 홀이 제대로 형성되지 않고, 피코초를 사용하는 경우에는 홀의 지름이 100㎛ 이상으로 커지므로 적절하지 않다.
<실시예 6>
상기 실시예 1에서, 홀의 간격을 150㎛로 한 것을 제외하고는, 동일하게 홀을 형성하여 음극을 제조하였다.
<비교예 6>
상시 실시예 1에서 나노초 레이저를 사용하여, 홀 대신 라인 형태의 홈을 형성하고, 그 간격을 100㎛로 한 것을 제외하고는, 동일한 조건으로 음극을 제조하였다.
<비교예 7>
상시 실시예 1에서 나노초 레이저를 사용하여, 홀 대신 라인 형태의 홈을 형성하고, 그 간격을 150㎛로 한 것을 제외하고는, 동일한 조건으로 음극을 제조하였다.
<비교예 8>
상시 실시예 1에서 나노초 레이저를 사용하여, 홀 대신 라인 형태의 홈을 형성하고, 그 간격을 200㎛로 한 것을 제외하고는, 동일한 조건으로 음극을 제조하였다.
<실험예 3>
상기 실시예 1, 2, 6, 및 비교예 6 내지 8의 음극에 대해 홀 또는 라인 형태의 홈을 형성하지 않은 경우 대비 로딩량의 감소율을 측정하여 하기 도 13에 도시하였다.
상기 로딩량의 감소율은 레이저 처리 전후 무게를 측정한 뒤 활물질을 제거하고 Cu 호일의 무게를 측정하여, (레이저 처리 전 활물질 무게 - 처리 후 활물질 무게)/ 레이저 처리 전 활물질 무게의 방식으로 계산하였다.
도 13을 참조하면, 라인 형태로 홈을 형성하는 경우, 그 만큼 로딩량이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.
이 경우, 로딩량의 감소만큼 용량이 감소하게 되는 바, 바람직하지 않고, 홈 형태로 형성하는 경우에는 로딩량의 감소가 최소화되므로 바람직하다.
<실시예 7>
상기 실시예 1에서 제조된 음극(홀 평균 지름: 50㎛, 홀 평균 깊이: 34㎛)을 사용하였다.
LiCoO 2를 활물질로서 사용하고, 바인더로서 PVDF와 SBR, 도전재로서 Carbon black을 사용하여, 전극 활물질: 바인더: 도전재를 중량비로 97.6: 1.2: 1.2가 되도록 물에 첨가한 전극 활물질 슬러리를 Al 호일의 집전체 상에 약 110㎛의 두께, 약 500mg/25cm 2의 로딩량으로 코팅한 후 건조, 압연하여, 양극합제를 형성한 양극을 제조하였다.
상기 양극과 음극 사이에 분리막(셀가드)를 개재하고, EC : PC : PP = 3 : 1 : 6(vol%) 인 용매에 1.2M의 LiPF 6가 들어있는 전해액을 사용하여 파우치형 이차전지를 제조하였다. 이를 3개 준비하였다.
상기 음극에 형성된 홀은 그 평균 지름이 약 50㎛, 평균 깊이가 약 34㎛이었다.
<실시예 8>
상기 실시예 2에서 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 이차전지를 제조하여 3개 준비하였다.
상기 음극에 형성된 홀은 그 평균 지름이 약 40㎛, 평균 깊이가 약 24㎛이었다.
<비교예 9>
상기 비교예 1에서 제조된 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 이차전지를 제조하여 3개 준비하였다.
상기 음극에 형성된 홀은 그 평균 지름이 약 60㎛, 평균 깊이가 약 26㎛이었다.
<비교예 10>
상기 제조예에서 제조된 홀이 형성되지 않은 예비 음극을 사용한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 이차전지를 제조하여 3개 준비하였다.
<실험예 4>
상기 실시예 7, 8 및 비교예 9, 10에서 제조된 이차전지들을 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.2V까지 1C로 충전한 다음, 정전류(CC) 조건으로 3.4 V까지 1/3C으로 방전하고, 그 방전용량을 측정하여, 그 결과를 하기 도 14에 도시하였다.
또한, 상기 실시예 7, 8 및 비교예 10에서 제조된 이차전지들을 샘플로 채취해 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.2V까지 1/3C, 1/2C, 1C, 1.5C, 2C, 3C로 각각 충전한 다음, 정전류(CC) 조건을 으로 3.4 V까지 1/3C으로 방전하여, C-rate별 방전용량을 측정하여 그 결과를 하기 도 15에 도시하였다.
도 14 및 도 15을 함께 참조하면, 홀을 형성한 본 발명에 따른 전극을 사용한 경우, 1사이클 방전 용량은 소량 감소하였으나, 1.5C 이상에서는 비교예 10 대비 향상된 출력 성능을 보이기 시작하며, 2C에서는 보다 우수한 고율 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 9는 3회 조사로 패턴의 지름이 증가하여, 전극 탈리에 의해 모든 이차전지에서 전압 이상이 발생하는 등으로 인해 용량 구현이 불가하였다.
부호의 설명
100: 전극 제조장치,
101: 시트형 집전체,
102: 전극 활물질 슬러리,
110: 권출기,
120: 이송부,
130: 코팅부,
140: 건조부,
150: 압연부,
160: 레이저부,
170: 권취기.

Claims (15)

  1. 이차전지용 전극을 제조하기 위한 장치로서,
    시트형 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);
    상기 시트형 집전체를 연속적으로 이송하는 이송부;
    상기 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅부;
    상기 코팅된 전극 활물질 슬러리를 건조하여 시트형 집전체의 적어도 일면에 전극합제를 형성하는 건조부;
    상기 전극합제를 한쌍의 롤러를 통해 압연하는 압연부;
    상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 레이저부;
    및
    상기 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);
    를 포함하고,
    상기 레이저부는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이송부는 시트형 집전체를 40m/분 내지 80 m/분의 속도로 이송하는 전극 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노초 레이저는 하기의 조건 1 내지 4를 만족하는 전극 제조장치:
    [조건 1]
    출력(Average Power): 26W 내지 100W,
    [조건 2]
    진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
    [조건 3]
    펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
    [조건 4]
    펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
  4. 제1항에 있어서, 상기 홀은, 전극합제의 표면부에서부터 시트형 집전체의 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성되는 전극 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홀은, 전극합제의 표면부에서의 지름과, 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이가 1:1 내지 2:1의 비율로 형성되는 전극 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 홀의 전극합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛으로 형성되고, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛로 형성되는 전극 제조장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 레이저부는, 폴리곤 미러를 더 포함하여, 레이저 에칭시 폴리곤 미러를 통해 에칭하는 전극 제조장치.
  8. 이차전지용 전극을 제조하는 방법으로서,
    (a) 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 과정;
    (b) 상기 전극 슬러리를, 이송되는 시트형 집전체의 적어도 일면에 코팅, 건조하여 전극합제를 형성하고, 이를 압연하는 과정; 및
    (c) 상기 전극합제를 레이저 에칭하여 두께의 단차가 있는 다수의 홀(hole)을 형성하여 전극 시트를 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 과정(c)는 나노초 레이저로 각각의 홀(hole)들을 2회 이하의 조사로 형성하는 전극의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시트형 집전체는 40m/분 내지 80 m/분의 속도로 이송되는 전극의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 나노초 레이저는 하기의 조건 1 내지 4를 만족하는전극의 제조방법:
    [조건 1]
    출력(Average Power): 26W 내지 100W,
    [조건 2]
    진동수(Repetition Rate): 28kHz 내지 70kHz,
    [조건 3]
    펄스 폭(Pulse Duration): 55ns 내지 220ns,
    [조건 4]
    펄스 에너지(Pulse Energy): 0.28mJ 내지 2.84mJ.
  11. 제8항에 있어서, 상기 홀은, 전극합제의 표면부에서부터 시트형 집전체의 방향으로 지름이 작아지는 원뿔형 형태로 형성되고, 전극합제의 표면부에서의 지름과, 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이가 1:1 내지 2:1의 비율로 형성되는 전극의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 홀의 전극 합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛으로 형성되고, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛로 형성되는 전극의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 과정 (c)에서 레이저로 에칭시, 폴리곤 미러를 함께 사용하는 전극의 제조방법.
  14. 제8항에 따른 전극의 제조방법에 의해 제조된 이차전지용 전극으로서,
    상기 전극은, 집전체의 적어도 일면에 전극합제가 형성되어 있고, 상기 전극합제에는, 전극합제의 표면부에서의 지름과 전극합제의 표면부에서 시트형 집전체 방향으로의 깊이의 크기가 1:1 내지 2:1의 비율인 원뿔 형태의 홀이, 두께의 단차를 형성하도록 다수 형성되어 있는 전극.
  15. 제14항에 있어서, 상기 홀의 전극합제의 표면부에서의 지름은 10㎛ 내지 50㎛이고, 각각의 홀의 간격은 100㎛ 내지 500㎛인 전극.
PCT/KR2020/012512 2019-12-23 2020-09-16 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극 Ceased WO2021132848A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20907522.5A EP4016665B1 (en) 2019-12-23 2020-09-16 Manufacturing apparatus and manufacturing method of electrode for secondary battery using laser, and electrode for secondary battery manufactured by the same.
CN202080060049.XA CN114365306B (zh) 2019-12-23 2020-09-16 使用激光制造二次电池的电极的设备和方法及通过其制造的二次电池的电极
ES20907522T ES3005033T3 (en) 2019-12-23 2020-09-16 Manufacturing apparatus and manufacturing method of electrode for secondary battery using laser, and electrode for secondary battery manufactured by the same.
US17/640,962 US12476240B2 (en) 2019-12-23 2020-09-16 Manufacturing apparatus and manufacturing method of electrode for secondary battery using laser, and electrode for secondary battery manufactured by the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190173412A KR102807488B1 (ko) 2019-12-23 2019-12-23 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극
KR10-2019-0173412 2019-12-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021132848A1 true WO2021132848A1 (ko) 2021-07-01

Family

ID=76574847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/012512 Ceased WO2021132848A1 (ko) 2019-12-23 2020-09-16 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12476240B2 (ko)
EP (1) EP4016665B1 (ko)
KR (1) KR102807488B1 (ko)
CN (1) CN114365306B (ko)
ES (1) ES3005033T3 (ko)
HU (1) HUE069508T2 (ko)
WO (1) WO2021132848A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119407482A (zh) * 2024-11-02 2025-02-11 北京工业大学 一种基于飞秒激光的镁电极表面加工方法
CN119973383A (zh) * 2025-02-24 2025-05-13 广东海洋大学 低温轧制后高频脉冲纳秒激光表面重熔的铝合金强化方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12533703B2 (en) * 2020-11-11 2026-01-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electrode mixture slurry coating device
KR20230064384A (ko) * 2021-11-03 2023-05-10 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 식각 장치
SE2250839A1 (en) * 2022-07-04 2024-01-05 Northvolt Ab Electrode for a secondary cell
SE2250838A1 (en) * 2022-07-04 2024-01-05 Northvolt Ab Electrode for a secondary cell
EP4386880A1 (de) * 2022-12-14 2024-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur trocknung eines elektrodenmaterials einer batteriezellenherstellung
JP7403887B1 (ja) * 2023-01-31 2023-12-25 オー・エム・シー株式会社 二次電池の塗工膜の乾燥方法とその塗工装置
KR102925407B1 (ko) 2023-05-18 2026-02-10 서울엔지니어링(주) 이차전지 전극탭 형성을 위한 레이저 어블레이션 장치
KR20250003217A (ko) * 2023-06-30 2025-01-07 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
SE2350963A1 (en) * 2023-08-15 2025-02-16 Northvolt Ab Secondary cell with a molded hybrid electrode
JP2025039385A (ja) * 2023-09-08 2025-03-21 トヨタ自動車株式会社 電池用活物質層の製造方法、電池用活物質層、及び電池
KR20250107514A (ko) 2024-01-05 2025-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지 제조 설비 및 이차 전지를 제조하는 방법
KR20260024736A (ko) * 2024-08-14 2026-02-23 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 제조방법, 음극 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 이차전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013097925A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池の電極の製造方法、リチウム二次電池の電極及びリチウム二次電池
KR20130101174A (ko) * 2012-03-05 2013-09-13 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 이차전지용 전극 건조장치
KR20160143109A (ko) * 2015-06-04 2016-12-14 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 그 제조방법
KR20170107921A (ko) * 2016-03-16 2017-09-26 주식회사 엘지화학 2층 구조의 전극 및 그의 제조방법

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09283116A (ja) 1996-04-11 1997-10-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 非水電解質二次電池
KR100398173B1 (ko) 2001-02-06 2003-09-19 주식회사 엘지화학 천공된 전극군 및 이를 이용하는 리튬 2차 전지
SG173372A1 (en) * 2006-07-18 2011-08-29 Cymbet Corp Method and apparatus for solid-state microbattery photolithographic manufacture, singulation and passivation
JP5826027B2 (ja) * 2008-03-21 2015-12-02 イムラ アメリカ インコーポレイテッド レーザベースの材料加工方法及びシステム
CN102405544B (zh) * 2009-04-22 2015-06-10 丰田自动车株式会社 电池用电极的制造方法以及用于其中的涂布模具
KR101264742B1 (ko) * 2011-08-03 2013-05-14 삼성에스디아이 주식회사 전극판 형성 장치
CN103258986B (zh) 2012-02-21 2017-08-08 精工爱普生株式会社 电极活性物质层的制造方法
JP5948941B2 (ja) 2012-02-21 2016-07-06 セイコーエプソン株式会社 電極活物質層の製造方法、電極活物質層、電極体およびリチウムイオン二次電池
KR20130102711A (ko) 2012-03-08 2013-09-23 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 가공장치
KR101483422B1 (ko) * 2012-05-21 2015-01-16 주식회사 엘지화학 레이저 조사에 의한 전극단자의 표면처리 방법
TWI612712B (zh) 2012-10-25 2018-01-21 應用材料股份有限公司 繞射光學元件及用於圖案化薄膜電化學元件的方法
CN103094521A (zh) * 2013-01-22 2013-05-08 宁德时代新能源科技有限公司 锂离子动力电池正极片及其制造方法、激光蚀刻装置
KR20150082958A (ko) * 2014-01-08 2015-07-16 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 그 제조방법
CN203932198U (zh) 2014-05-30 2014-11-05 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池电极片及锂离子电池
KR101710654B1 (ko) 2014-08-01 2017-02-27 주식회사 엘지화학 전해액 주액성이 향상된 리튬이차전지 및 그의 제조방법
CN105374985B (zh) 2014-08-26 2018-01-16 万星光电子(东莞)有限公司 电极片制备装置以及电极片制备方法
KR102076502B1 (ko) 2015-11-18 2020-02-12 주식회사 엘지화학 전극의 표면 형상을 정밀하게 성형할 수 있는 장치
KR20170068064A (ko) 2015-12-09 2017-06-19 주식회사 엘지화학 전극의 식각 방법 및 상기 식각 방법으로 식각된 전극을 포함하는 이차 전지
KR102168229B1 (ko) 2016-02-12 2020-10-20 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 전극 및 상기 전극을 제조하는 방법
US20170301897A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-19 Applied Materials, Inc. Thin film device encapsulation using volume change accommodating materials
KR102207524B1 (ko) 2016-09-01 2021-01-26 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차전지용 전극
DE102017202679A1 (de) * 2017-02-20 2018-08-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bipolarplatte für elektrochemische Zellen sowie ein Herstellungsverfahren
JP2018160349A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 三菱マテリアル株式会社 蓄電デバイス
US10622621B2 (en) 2017-03-31 2020-04-14 GM Global Technology Operations LLC Methods for making patterned, thick, silicon-containing electrodes
WO2019163896A1 (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 Jsr株式会社 蓄電デバイス、蓄電デバイス用負極、及びそれらの製造方法
KR102086783B1 (ko) * 2019-03-27 2020-03-09 광주과학기술원 리튬 이차 전지용 후막 전극 및 리튬 이차 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013097925A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池の電極の製造方法、リチウム二次電池の電極及びリチウム二次電池
KR20130101174A (ko) * 2012-03-05 2013-09-13 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 이차전지용 전극 건조장치
KR20160143109A (ko) * 2015-06-04 2016-12-14 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 및 그 제조방법
KR20170107921A (ko) * 2016-03-16 2017-09-26 주식회사 엘지화학 2층 구조의 전극 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4016665A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119407482A (zh) * 2024-11-02 2025-02-11 北京工业大学 一种基于飞秒激光的镁电极表面加工方法
CN119973383A (zh) * 2025-02-24 2025-05-13 广东海洋大学 低温轧制后高频脉冲纳秒激光表面重熔的铝合金强化方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220344632A1 (en) 2022-10-27
CN114365306A (zh) 2022-04-15
HUE069508T2 (hu) 2025-03-28
KR20210081155A (ko) 2021-07-01
ES3005033T3 (en) 2025-03-13
US12476240B2 (en) 2025-11-18
KR102807488B1 (ko) 2025-05-13
EP4016665A1 (en) 2022-06-22
CN114365306B (zh) 2024-04-16
EP4016665B1 (en) 2024-10-30
EP4016665A4 (en) 2023-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021132848A1 (ko) 레이저를 이용한 이차전지용 전극의 제조장치와 제조방법, 및 이에 의해 제조된 이차전지용 전극
WO2021235794A1 (ko) 이차전지
WO2021066458A1 (ko) 복합 음극 활물질, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 음극
WO2017111542A1 (ko) 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지용 음극
WO2023282684A1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극, 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
WO2023068900A1 (ko) 원통형 이차전지
WO2022158951A2 (ko) 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 이를 구비한 리튬 이차전지
WO2020235841A1 (ko) 음극 제조장치 및 음극의 제조방법
WO2023090847A1 (ko) 음극 및 이를 포함하는 이차전지
WO2021118144A1 (ko) 음극 활물질, 이의 제조방법, 이를 포함하는 음극 및 이차전지
WO2021235818A1 (ko) 이차전지의 제조방법
WO2021194260A1 (ko) 음극의 제조방법
EP4268298A1 (en) Negative electrode active material, negative electrode including same, secondary battery including same and method for preparing negative electrode active material
WO2021153987A1 (ko) 음극 활물질, 이를 포함하는 음극 및 이차전지
WO2021194205A1 (ko) 음극의 제조방법
WO2023063787A1 (ko) 리튬 이차 전지
WO2017095151A1 (ko) 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 이차전지
WO2024029802A1 (ko) 리튬이차전지, 전지 모듈 및 전지 팩
WO2022250507A1 (ko) 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
WO2017209561A1 (ko) 음극 활물질, 이를 포함하는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2024136186A1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조방법
WO2023018183A1 (en) Negative electrode active material, negative electrode including negative electrode active material, secondary battery including negative electrode, and method for preparing negative electrode active material
WO2019066403A2 (ko) 리튬 이차 전지용 전극 활물질 복합체 및 상기 전극 활물질 복합체의 제조방법
WO2023282683A1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극, 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
WO2024136432A1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20907522

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020907522

Country of ref document: EP

Effective date: 20220317

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 17640962

Country of ref document: US