KR101008899B1 - Cathode for secondary battery having porous positive active material layer comprising metal oxide nanoparticles and the fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대전류로 충·방전 시에도 고출력 특성을 갖는 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 구비한 이차전지용 양극 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 양극 집전체 위에, 금속산화물 전구체와 고분자를 혼합한 용액을 전기장 하에서 방사하여 상기 금속산화물 전구체와 상기 고분자가 혼합된 복합섬유 웹을 형성하고; 상기 복합섬유 웹을 열 압착 또는 열 가압하며; 상기 열 압착 또는 열 가압된 복합섬유 웹을 열처리하여 상기 복합섬유 웹에서 상기 고분자를 제거함으로써 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a secondary battery positive electrode having a porous positive electrode active material layer including metal oxide nanoparticles having high output characteristics even when charging and discharging with a large current, and a method of manufacturing the same. Spinning the mixed solution under an electric field to form a composite fiber web in which the metal oxide precursor and the polymer are mixed; Thermally compressing or thermopressing the composite fiber web; It provides a method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery, characterized in that to form a porous positive electrode active material layer containing metal oxide nanoparticles by removing the polymer from the composite fiber web by heat-treating the thermal compression or heat pressurized composite fiber web. .

금속산화물, 전이금속산화물, 복합 전이금속산화물, 리튬 복합 금속산화물, 이차전지, 양극 활물질, 나노섬유, 웹, 전기방사 Metal oxide, transition metal oxide, composite transition metal oxide, lithium composite metal oxide, secondary battery, positive electrode active material, nanofiber, web, electrospinning

Description

금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 구비한 이차전지용 양극 및 그 제조 방법 {CATHODE FOR SECONDARY BATTERY HAVING POROUS POSITIVE ACTIVE MATERIAL LAYER COMPRISING METAL OXIDE NANOPARTICLES AND THE FABRICATION METHOD THEREOF}Cathode for secondary battery having a porous positive electrode active material layer containing metal oxide nanoparticles and a method for manufacturing the same

본 발명은 대전류로 충·방전 시에도 고출력 특성을 갖는 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 구비한 이차전지용 양극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery positive electrode having a porous positive electrode active material layer containing metal oxide nanoparticles having high output characteristics even when charging and discharging at a large current, and a method of manufacturing the same.

최근 휴대용 송·수신기, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라의 전원 및 각종 가전 제품의 전원 등으로 이차전지의 수요가 지속적으로 커지고 있다. 또한, 자동차 배기가스 배출로 인한 환경오염을 완화하고, 유한한 석유 자원 이용의 한계성을 극복하기 위해 전기자동차(EV; Electric Vehicle) 또는 하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)를 이용하려는 노력도 꾸준히 진행 중인데, 이를 위해서는 대전류로 충전과 방전을 반복하여도 사이클 특성이 우수하고, 출력 밀도가 높은 환경 친화적인 전지가 요구가 된다. Recently, the demand for secondary batteries continues to increase due to the power supply of portable transmitters, receivers, notebook computers, camcorders, digital cameras, and various home appliances. In addition, efforts are being made to use electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) to alleviate environmental pollution caused by vehicle emissions and overcome the limitations of finite oil resources. In order to achieve this, an environmentally friendly battery having excellent cycle characteristics and high power density is required even if charging and discharging are repeated at a large current.

일반적으로, 이차전지는 양극 활물질을 구비하는 양극과, 음극 활물질을 구 비하는 음극과, 양극과 음극을 분리하는 분리막과, 두 전극 사이의 이온 전달을 가능하게 하는 전해질을 포함하여 구성된다. In general, the secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator separating the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte that enables ion transfer between two electrodes.

리튬 이온의 반복적인 삽입과 탈리 반응을 이용하는 리튬이온 이차전지에서, 양극 활물질로는 V2O5, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-yCoyO2, LiMn2O4, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiFePO4 또는 리튬 자리에 Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+,W6+ 이온이 1 at% 이하로 도핑된 LiFePO4 등의 전이금속산화물이 이용되고, 고출력/고용량 특성을 개선시키기 위해 위에 열거한 양극 활물질을 복합물 형태로 이용하는 경우도 있다. 음극 활물질로는 Li, Si, Sn과 같은 금속재료, SnO2, Fe2O3와 같은 금속산화물, 리튬이 삽입된 카본(Lithium intercalating carbon) 등이 사용 가능하나, 일반적으로 카본 계열의 음극 활물질이 주로 사용되고 있다. In a lithium ion secondary battery using repeated insertion and desorption of lithium ions, the positive electrode active material is V 2 O 5 , CuV 2 O 6 , NaMnO 2 , NaFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 , LiMn 2 O 4 , Li [Ni 1/2 Mn 1/2 ] O 2 , LiFePO 4 or Ligium Mg 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Nb 5+ , W 6+ Transition metal oxides such as LiFePO 4 doped with ions of 1 at% or less are used, and in order to improve high output / high capacity characteristics, the cathode active materials listed above may be used in the form of a composite. As the negative electrode active material, metal materials such as Li, Si, Sn, metal oxides such as SnO 2 , Fe 2 O 3, and lithium intercalating carbon may be used. Mainly used.

특히, EV, HEV용 전지로 사용되기 위해서는, 한번 충전으로 오랫동안 쓸 수 있고, 한번에 많은 전류를 낼 수 있는 고출력의 특성이 필수 불가결하다. 고속 방전효율(rate capability) 특성을 얻기 위해서는 전기전도도 특성이 우수한 양극 활물질 및 음극 활물질이 요구된다. In particular, in order to be used as a battery for EV and HEV, a high output characteristic that can be used for a long time with a single charge and can generate a large amount of current at one time is essential. In order to obtain high rate capability characteristics, a cathode active material and an anode active material having excellent electrical conductivity characteristics are required.

현재 양극 활물질로 사용되고 있는 LiCoO2의 경우 가용 에너지 밀도가 140 mAh/g 정도로 낮은 용량을 보이고 있으며, 출력 또한 높은 전류밀도를 내기에는 다소 부족함이 있다. 이러한 용량의 한계를 극복하기 위해 이론용량 값이 278 mAh/g 정도에 이르는 Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2가 제안되었다 [T. Ohzuke, Chemistry Letters, 642 (2001)]. 또한, LiNi1-xCoxO2, LiNi1-xTix/2Mgx/2O2 등에 대한 물질 연구도 활발히 수행되고 있다. 나아가, 상기 양극 활물질의 전기전도도 특성을 개선시켜 고율 특성을 얻기 위해, 다른 금속 양이온으로 치환하거나, 탄소, 금속, 또는 전도성 금속산화물 등을 상기 양극 활물질에 혼합하여 전도도를 개선시키는 연구들도 진행되고 있다. LiCoO 2 , which is currently used as a cathode active material, has a low available energy density of about 140 mAh / g, and output is somewhat insufficient to produce high current density. In order to overcome this capacity limitation, Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 with a theoretical capacity value of about 278 mAh / g has been proposed [T. Ohzuke, Chemistry Letters, 642 (2001). In addition, research on materials of LiNi 1-x Co x O 2 , LiNi 1-x Ti x / 2 Mg x / 2 O 2, and the like has been actively performed. Further, in order to improve the electrical conductivity of the positive electrode active material to obtain high rate characteristics, studies are also being conducted to improve conductivity by substituting with other metal cations or mixing carbon, metal, or conductive metal oxide with the positive electrode active material. have.

이러한 양극 활물질을 제조하기 위해, 각 원소를 포함하는 전구체를 함께 혼합하고 고온 열처리 과정을 거치는 고상반응법, 공침법, 졸겔법, 수열합성법, 연소합성법(Combustion Method) 등이 현재 활발히 시도가 되고, 상용화되어 이용되고 있다. In order to prepare such a cathode active material, solid phase reaction method, coprecipitation method, sol-gel method, hydrothermal synthesis method, combustion synthesis method, etc., which mix precursors containing each element together and undergo a high temperature heat treatment process, are actively attempted at present, It is commercially used.

그러나, 위에서 열거한 기존의 양극 활물질 제조 방법들은 복잡한 첨가 공정을 거쳐야 하고, 집전체와 양극 활물질 간의 접착성이 약하며, 대전류로 충·방전 시 출력 특성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 박막에서 후막까지 다양한 두께에 걸쳐서 저가격과 대면적 공정을 동시에 달성하기 위해서는 바인더나 첨가제의 사용이 없는 보다 단순한 코팅 기술이 요구된다.However, the conventional cathode active material manufacturing methods listed above have to undergo a complicated addition process, have poor adhesiveness between the current collector and the cathode active material, and have a problem in that output characteristics are poor during charging and discharging with a large current. Accordingly, simpler coating techniques without the use of binders or additives are required to simultaneously achieve low cost and large area processes across various thicknesses, from thin films to thick films.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은,The present invention has been made to solve these conventional problems, the object of the present invention,

(1) 양극 활물질층을 이루는 입자의 크기 조절뿐만 아니라 입자들간의 상호 네트워킹이 잘 형성되도록 하여 우수한 전기적 콘택 구조를 가지며, 양극 활물질층의 비표면적 (반응 면적)을 크게 증대시켜 높은 에너지 밀도를 지니고, 대전류하에서의 고속 충·방전이 가능한 이차전지용 양극 및 그 제조 방법을 제공하고,(1) It has an excellent electrical contact structure by controlling the size of the particles constituting the positive electrode active material layer as well as mutual networking between the particles, and has a high energy density by greatly increasing the specific surface area (reaction area) of the positive electrode active material layer. To provide a secondary battery positive electrode capable of fast charging and discharging under a large current and a method of manufacturing the same.

(2) 집전체와 양극 활물질층 간의 접착성을 향상시켜 기계적, 열적, 전기적 안정성이 높은 이차전지용 양극 및 그 제조 방법을 제공하며,(2) improving the adhesion between the current collector and the positive electrode active material layer to provide a secondary battery positive electrode and a method of manufacturing the same having high mechanical, thermal and electrical stability;

(3) 바인더나 첨가제 등의 첨가 없이 박막에서 후막까지 다양한 두께에 걸쳐서 저렴하면서 단순한 방법으로 다양한 면적 (특히, 대면적)의 전극을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.(3) It is to provide a method for producing electrodes of various areas (particularly large areas) in a simple and inexpensive way over a wide thickness from a thin film to a thick film without adding a binder or an additive.

이러한 목적들을 달성하기 위하여, In order to achieve these purposes,

본 발명은, 양극 집전체와; 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 전기장이 인가된 상태에서의 방사에 의해 축적된 금속산화물 전구체-고분자의 복합섬유 웹이 열 압착 후 열처리되어 형성된 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극을 제공한다.The present invention, the positive electrode current collector; Including a porous positive electrode active material layer comprising metal oxide nanoparticles formed by heat-treating and heat-compressing a metal oxide precursor-polymer composite fiber web accumulated by radiation in a state in which an electric field is applied to at least one surface of the positive electrode current collector It provides a secondary battery positive electrode, characterized in that made.

또한, 본 발명은, 양극 집전체 위에, 금속산화물 전구체와 고분자를 혼합한 용액을 전기장 하에서 방사하여 상기 금속산화물 전구체 (금속염 형태의 전구체)와 상기 고분자가 혼합된 복합섬유 웹을 형성하고; 상기 복합섬유 웹을 열 압착 또는 열 가압하며; 상기 열 압착 또는 열 가압된 복합섬유 웹을 열처리하여 상기 복합섬유 웹에서 상기 고분자를 제거함으로써 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a composite fiber web in which the metal oxide precursor (a precursor in the form of a metal salt) and the polymer are mixed by spinning a solution containing a metal oxide precursor and a polymer under an electric field on a positive electrode current collector; Thermally compressing or thermopressing the composite fiber web; It provides a method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery, characterized in that to form a porous positive electrode active material layer containing metal oxide nanoparticles by removing the polymer from the composite fiber web by heat-treating the thermal compression or heat pressurized composite fiber web. .

본 발명에 의해 제조된 양극 활물질층은 미세한 나노입자들간의 상호 네트워킹이 잘 형성되어 있고 비표면적이 크게 증대되어 전지의 충·방전 효율이 크게 증대되고, 특히 고속 출력이 가능하도록 율 특성(Rate performance)이 크게 개선되어 고용량/고출력 전지에의 응용에 적합하다.The positive electrode active material layer produced by the present invention is well formed with mutual networking between fine nanoparticles, and the specific surface area is greatly increased, so that the charge and discharge efficiency of the battery is greatly increased, and in particular, the rate performance is possible to enable high-speed output. ) Is greatly improved, making it suitable for applications in high capacity / high power batteries.

또한, 열 압착 또는 열 가압 과정을 통해 집전체와 양극 활물질층 간의 접착성이 크게 향상되어 기계적, 열적, 전기적 안정성이 높은 이차전지를 구현할 수 있고, 방사 시간을 조절하여 양극 활물질층의 두께를 손쉽게 조절할 수 있다. In addition, the adhesiveness between the current collector and the positive electrode active material layer is greatly improved through thermal compression or thermal pressurization, so that a secondary battery having high mechanical, thermal, and electrical stability can be realized, and the thickness of the positive electrode active material layer can be easily adjusted by adjusting the spinning time. I can regulate it.

또한, 금속염을 포함하는 전구체의 종류와 비율을 손쉽게 조절할 수 있어, 전기전도도를 개선시키기 위한 특정 원소의 도핑뿐만 아니라 다성분계의 복잡한 복합 전이금속산화물을 손쉽게 제조할 수 있다.In addition, the type and ratio of the precursor including the metal salt can be easily adjusted, and as well as doping of a specific element to improve the electrical conductivity, it is possible to easily prepare a complex composite transition metal oxide of a multi-component system.

또한, 본 발명에 의해 제조된 양극 활물질층을 구비하는 이차전지는 높은 초기 방전 용량 및 충전 용량을 지니게 되며, 특히 대전류로 충전 및 방전 시에도 고출력 특성을 얻을 수 있다. 이러한 양극 활물질층은 전동 공구 및 전기자동차 등에 탑재되는 중대형용 이차전지에의 적용이 가능하다.In addition, the secondary battery having the cathode active material layer manufactured by the present invention has a high initial discharge capacity and a charge capacity, and in particular, high output characteristics can be obtained even when charging and discharging with a large current. The positive electrode active material layer can be applied to medium and large secondary batteries mounted on power tools and electric vehicles.

본 발명에 따른 이차전지용 양극은 양극 집전체와, 다공성 양극 활물질층을 포함하여 이루어진다.The secondary battery positive electrode according to the present invention comprises a positive electrode current collector and a porous positive electrode active material layer.

상기 양극 집전체는 (1) 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 재질이거나, 혹은 (2) ITO(Sn doped In2O3) 또는 FTO(F doped SnO2) 재질이거나, 혹은 (3) Si 웨이퍼에 형성된 금속 재질일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode current collector is (1) platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel , Aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), titanium (Ti) and tungsten (W) any one selected from the group consisting of, or (2) ITO (Sn doped In 2 O 3 ) or FTO (F doped SnO 2 ) material, or (3) a metal material formed on a Si wafer. However, the present invention is not limited thereto.

상기 다공성 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 전기장이 인가된 상태에서의 방사에 의해 축적된 금속산화물 전구체-고분자의 복합섬유 웹이 열 압착 후 열처리되어 형성된 금속산화물 나노입자를 포함하여 이루어진다.The porous cathode active material layer includes metal oxide nanoparticles formed by thermally compressing and then thermally compressing a metal oxide precursor-polymer composite fiber web accumulated by radiation in a state where an electric field is applied to at least one surface of the cathode current collector. .

여기서, 상기 다공성 양극 활물질층은 상기 금속산화물 나노입자를 포함하는 납작한 벨트 형상의 나노섬유가 서로 뒤엉킨 웹 구조를 가질 수도 있고, 혹은 열 압착 및 열처리를 통해 나노섬유의 형태가 사라지고 나노입자들간의 상호 네트워킹이 잘 형성된 구조를 가질 수도 있다. Herein, the porous cathode active material layer may have a web structure in which flat belt-shaped nanofibers including the metal oxide nanoparticles are entangled with each other, or the shape of the nanofibers disappears through thermal compression and heat treatment and mutually Networking may have a well formed structure.

상기 금속산화물 나노입자는, 평균 폭이 20~80 ㎚이고 평균 길이가 100~500 ㎚인 로드(rod) 형상 및/또는 평균 크기가 2~100 ㎚인 라운드(round) 형상을 가질 수 있다. The metal oxide nanoparticles may have a rod shape having an average width of 20 to 80 nm and an average length of 100 to 500 nm, and / or a round shape having an average size of 2 to 100 nm.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는 양극 활물질로 사용 가능한 것을 말하며, 전이금속산화물 나노입자, 복합 전이금속산화물 나노입자, 리튬 복합 전이금속산화물 나노입자 등과 같은 전이금속을 포함하는 산화물 나노입자를 예로서 들 수 있다. 이 경우, 상기 복합 전이금속산화물 나노입자에서 "복합 전이금속"이라 함은 전이금속과 전이금속이 복합된 경우뿐만 아니라, 전이금속과 비전이금속이 복합된 경우를 포함한다. 또한, 상기 리튬 복합 전이금속산화물 나노입자에서 "리튬 복합 전이금속"이라 함은 리튬과 전이금속이 복합된 경우를 의미한다.In the present invention, the metal oxide nanoparticles can be used as a positive electrode active material, oxide nanoparticles containing transition metals such as transition metal oxide nanoparticles, composite transition metal oxide nanoparticles, lithium composite transition metal oxide nanoparticles, and the like. An example is given. In this case, the term "composite transition metal" in the composite transition metal oxide nanoparticle includes not only a case where a transition metal and a transition metal are combined, but also a case where a transition metal and a non-transition metal are combined. In addition, the "lithium composite transition metal" in the lithium composite transition metal oxide nanoparticles refers to a case where lithium and a transition metal are combined.

이러한 금속산화물 나노입자는, (1) V2O5, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85), LiMn2O4, Li[Ni1/2Mn1/2]O2 및 LiFePO4로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 상으로 이루어진 나노입자이거나, 혹은 (2) LiFePO4, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85) 또는 LiNi1-xTix/2Mgx/2O2 (0≤x≤0.85)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 리튬 자리에, Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+ 및 W6+ 이온으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 1 at% 이하로 도핑된 나노입자이거나, 혹은 (3) 상기 (1)과 (2)가 혼합된 것일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 활물질 특성 (예컨대, 리튬 이차전지의 경우 Li/Li+ 값이 2.4 V 이상인 것)을 가지는 금속산화물이면 특정 물질에 제약을 두지는 않는다.Such metal oxide nanoparticles include (1) V 2 O 5 , CuV 2 O 6 , NaMnO 2 , NaFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0 ≦ y ≦ 0.85), LiMn 2 O 4 , Li [Ni 1/2 Mn 1/2 ] O 2 and at least one selected from the group consisting of LiFePO 4 or nanoparticles composed of two or more mixed phases, or (2) LiFePO 4 , Li [Ni 1 / 3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 , Li [Ni 1/2 Mn 1/2 ] O 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0 ≦ y ≦ 0.85) or LiNi 1-x Ti x / Mg 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Nb 5+ and W 6+ in at least one lithium site selected from the group consisting of 2 Mg x / 2 O 2 (0 ≦ x ≦ 0.85) At least one selected from the group consisting of ions may be nanoparticles doped at 1 at% or less, or (3) may be a mixture of (1) and (2). However, the present invention is not limited thereto, and a metal oxide having positive electrode active material properties (eg, Li / Li + of 2.4 V or more in the case of a lithium secondary battery) is not limited to a specific material.

한편, 본 발명에 따른 이차전지용 양극의 제조 방법은 크게 (1) 방사 용액의 준비 단계, (2) 방사를 통한 금속산화물 전구체-고분자 복합섬유 웹의 제조 단계, (3) 열 압착 (열 가압을 포함함) 및 열처리를 통한 다공성 양극 활물질층의 제조 단계를 포함하여 이루어진다. 이하, 각 단계별로 상세히 설명하겠다.On the other hand, the manufacturing method of the positive electrode for secondary batteries according to the present invention is largely (1) preparing a spinning solution, (2) manufacturing a metal oxide precursor-polymer composite fiber web through spinning, (3) thermal compression (heat pressurization And a step of preparing the porous cathode active material layer through heat treatment. Hereinafter, each step will be described in detail.

방사 용액의 준비Preparation of Spinning Solutions

먼저, 방사를 위하여 양극 활물질로 사용될 수 있는 금속산화물 전구체와, 적당한 고분자와, 용매를 혼합한다. First, a metal oxide precursor that can be used as a positive electrode active material for spinning, a suitable polymer, and a solvent are mixed.

본 발명에 있어서, 상기 금속산화물 전구체는 열처리를 거쳐 금속산화물의 형태를 가질 수 있는 전구체로서 양극 활물질로 사용 가능한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 금속산화물 전구체는 전이금속을 포함하는 전구체를 적어도 1종 이상 포함할 수 있다.In the present invention, the metal oxide precursor means that it can be used as a positive electrode active material as a precursor that can have the form of a metal oxide through heat treatment. For example, the metal oxide precursor may include at least one or more precursors including transition metals.

이러한 금속산화물 전구체로서, Li, Cu, Ni, Mn, Co, Fe, P, Mg, Zr, Na, Ti, Nb, Al, W 등의 이온을 함유하는 전구체들 중에서 선택된 1종의 전구체 또는 2종 이상의 전구체를 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 위에서 열거한 이온을 함유하는 전구체들 중에서 어느 하나를 선택하거나 혹은 2종 이상을 선택하고, 이를 고분자 용액과 혼합 후 방사한 다음, 고온 (예컨대, 400℃ 이상) 열처리를 거쳐 V2O5, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85), LiMn2O4, LiFePO4 또는 리튬 자리에 Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+,W6+를 1 at% 이하로 도핑한 LiFePO4, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85), LiNi1-xTix/2Mgx/2O2 (0≤x≤0.8) 등의 양극 활물질을 형성할 수 있는 것이면 특정 전구체에 제약을 두지는 않는다. As the metal oxide precursor, one or two kinds of precursors selected from precursors containing ions such as Li, Cu, Ni, Mn, Co, Fe, P, Mg, Zr, Na, Ti, Nb, Al, and W The above precursors can be mixed and used. That is, any one of the above-mentioned precursors containing ions or two or more selected, selected and mixed with the polymer solution and spun, and then subjected to a high temperature (for example, 400 ℃ or more) heat treatment V 2 O 5 Mg 2+ , Al in place of CuV 2 O 6 , NaMnO 2 , NaFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0≤y≤0.85), LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 or Li LiFePO 4 , Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 , Li [Ni doped with 3+ , Ti 4+ , Zr 4+ , Nb 5+ , W 6+ below 1 at% 1/2 Mn 1/2 ] O 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0≤y≤0.85), LiNi 1-x Ti x / 2 Mg x / 2 O 2 (0≤x≤0.8) Such as As long as the positive electrode active material can be formed, no specific precursor is restricted.

상기 고분자는 용액의 점도를 증가시켜 방사 시 섬유상을 형성시키며, 또한 금속산화물 전구체와의 상용성에 의해 방사된 섬유의 구조를 제어하는 역할을 한다. 이러한 고분자로는 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전기방사법 등에 의해 초극세 섬유로 형성 가능한 것이면 특별히 제한되지 않는다. The polymer increases the viscosity of the solution to form a fibrous phase when spinning, and also serves to control the structure of the spun fiber by compatibility with the metal oxide precursor. Such polymers include polyurethane, polyetherurethane, polyurethane copolymers, cellulose acetate, cellulose acetate butylate, cellulose acetate propionate, polymethylmethacrylate (PMMA), polymethylacrylate (PMA), polyacrylic air Copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylacetate copolymer, polyvinyl alcohol (PVA), polyperfuryl alcohol (PPFA), polystyrene, polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene Oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer And at least one selected from the group consisting of polyamides. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is not particularly limited as long as it can be formed into an ultrafine fiber by an electrospinning method or the like.

방사 용액의 제조 과정의 일례를 살펴보면, 먼저 바나듐산화물 전구체와 친화력이 우수한 폴리비닐아세테이트를 디메틸포름아미드, 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔 또는 이들의 혼합 용매에 용해시키고, 전기장 하에서의 방사에 의한 섬 유 형성을 위해 적합한 점도를 형성하는 5~20 중량%의 고분자 용액을 제조한다. 폴리비닐아세테이트는 무게평균분자량이 500,000~1,500,000 g/mol인 고분자를 사용한다. 다음으로, 바나듐산화물 전구체를 폴리비닐아세테이트 고분자 용액에 대하여 1~60 중량%의 양으로 고분자 용액에 첨가하고, 촉매로서 아세트산을 바나듐산화물 전구체에 대하여 0.01~60 중량%의 양으로 첨가한 후, 상온에서 1~10시간 반응시킨 다음, 이를 방사 용액으로 사용한다. 필요 시에는 Cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB)를 넣고 수분간 교반해 준다. 여기서, CTAB는 전이금속산화물 전구체의 전하 특성을 조절해 줌으로써, 방사를 원활하게 해주는 첨가제 역할을 한다.As an example of the process for preparing the spinning solution, first, polyvinylacetate having excellent affinity with the vanadium oxide precursor is dissolved in dimethylformamide, acetone, detrahydrofuran, toluene, or a mixed solvent thereof, and is drawn by spinning under an electric field. A 5-20% by weight polymer solution is prepared that forms a suitable viscosity for formation. Polyvinylacetate uses a polymer having a weight average molecular weight of 500,000-1,500,000 g / mol. Next, the vanadium oxide precursor is added to the polymer solution in an amount of 1 to 60% by weight based on the polyvinylacetate polymer solution, acetic acid as a catalyst is added in an amount of 0.01 to 60% by weight based on the vanadium oxide precursor, and then room temperature. After reacting for 1 to 10 hours at, it is used as spinning solution. If necessary, add Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) and stir for several minutes. Here, CTAB serves as an additive to smooth the radiation by controlling the charge characteristics of the transition metal oxide precursor.

방사를 통한 금속산화물 전구체-고분자 복합섬유 웹의 제조Preparation of Metal Oxide Precursor-Polymer Composite Fiber Web by Spinning

다음으로, 양극 집전체 위에, 위에서 준비한 방사 용액을 전기장 하에서 방사하여 상기 금속산화물 전구체와 상기 고분자가 혼합된 복합섬유 웹을 형성한다.Next, on the positive electrode current collector, the spinning solution prepared above is spun under an electric field to form a composite fiber web in which the metal oxide precursor and the polymer are mixed.

본 발명의 실시예에서는 상기 복합섬유 웹을 얻기 위한 방법으로 전기방사법을 이용하였으나, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않고, 멜트블로운(melt-blown), 플레쉬방사(flash spinning) 또는 정전멜트블로운(electrostatic melt-blown)법에 의한 방사를 이용할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the electrospinning method was used as a method for obtaining the composite fiber web, but the contents of the present invention are not limited thereto, and melt-blown, flash spinning, or electrostatic meltblown. It is also possible to use radiation by an electrostatic melt-blown method.

전기방사 장치는 방사 용액을 정량적으로 투입할 수 있는 정량펌프에 연결된 방사 노즐, 고전압 발생기, 방사된 복합섬유 웹을 형성시킬 전극 등으로 이루어진다. 접지된 금속판 (즉, 양극 집전체)을 음극으로 사용하고, 시간당 토출 량이 조절되는 펌프가 부착된 방사 노즐을 양극으로 사용한다. 예컨대, 전압 10~30 kV를 인가하고 용액 토출 속도를 10~50 ㎕/분으로 조절하여 섬유 두께가 50 nm~1000 nm인 초극세 복합섬유 웹을 제조할 수 있다. 초극세 복합섬유 웹 층이 0.5~100 ㎛의 두께로 집전체 위에 형성될 때까지 전기방사를 실시한다. The electrospinning apparatus includes a spinning nozzle connected to a metering pump capable of quantitatively injecting spinning solution, a high voltage generator, and an electrode to form a spun composite web of fibers. A grounded metal plate (i.e. a positive electrode current collector) is used as the cathode, and a spinning nozzle with a pump with a controlled discharge rate per hour is used as the anode. For example, by applying a voltage of 10 to 30 kV and adjusting the solution discharge rate to 10 to 50 μl / min can be prepared an ultra-fine composite fiber web having a fiber thickness of 50 nm to 1000 nm. Electrospinning is performed until a superfine composite fiber web layer is formed on the current collector to a thickness of 0.5 to 100 μm.

열 압착 및 열처리를 통한 다공성 양극 활물질층의 제조Preparation of Porous Cathode Active Material Layer by Thermal Pressing and Heat Treatment

다음으로, 전기장 하에서의 방사를 통해 얻은 복합섬유 웹이 적층된 집전체를 열 압착한다. 열 압착은 상기 고분자의 유리전이온도 이상 (예컨대, 고분자로 폴리비닐아세테이트를 사용한 경우 60 ℃ 이상)의 온도에서, 예컨대, 0.1~10 MPa의 압력을 가하여 1~10분 동안 실시할 수 있다. 이러한 열 압착의 압력, 온도 및 시간은 사용된 고분자의 종류 및 고분자의 유리전이온도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 또는, 사용된 고분자의 유리전이온도 이상에서 용융시키는 것이 가능하면, 압착 공정 없이 열을 가하거나, 상기 고분자의 유리전이온도 이상의 뜨거운 압축공기를 이용하여 가압하는 것도 가능하다. Next, the current collector in which the composite fiber web obtained by spinning under an electric field is laminated is thermocompressed. Thermal compression may be performed for 1 to 10 minutes at a temperature of at least the glass transition temperature of the polymer (eg, 60 ° C. or more when using polyvinylacetate as a polymer) by applying a pressure of 0.1 to 10 MPa. The pressure, temperature and time of the thermal compression may be appropriately selected in consideration of the type of polymer used and the glass transition temperature of the polymer. Alternatively, if it is possible to melt at or above the glass transition temperature of the polymer used, it is also possible to apply heat without a crimping step or pressurize using hot compressed air above the glass transition temperature of the polymer.

이 열 압착 또는 열 가압 과정에서 방사 시 상 분리된 금속산화물 전구체와 고분자 간의 유동이 억제되고, 이후 열처리 과정을 거쳐 미세한 나노입자들의 네트워크로 형성된다. 압착 강도와 압착 시 집전체에 가해지는 온도에 따라서 나노섬유 (이하, '나노선'과 혼용됨)들의 네트워크가 남아 있을 수도 있고, 고분자의 완전한 용융과정을 거쳐서 미세한 나노입자들이 균일하게 분포되어 있는 네트워크의 형태를 가질 수도 있다. In this thermocompression or thermo-pressurization process, the flow between the metal oxide precursor and the polymer separated from the phase is suppressed, and is then formed into a network of fine nanoparticles through a heat treatment process. Depending on the compressive strength and the temperature applied to the current collector during compression, a network of nanofibers (hereinafter referred to as 'nanowire') may remain, and fine nanoparticles are uniformly distributed through the complete melting process of the polymer. It may have the form of a network.

이렇게 열 압착 또는 열 가압 공정을 거침으로써, 상기 복합섬유 웹 내에 있 는 고분자를 부분 또는 전체적으로 용융(melting)시키고, 집전체와의 접착성을 향상시켜 주며, 열처리 후에 비표면적 및 단위 부피당 밀도가 크게 향상된 독특한 구조를 지닐 수 있게 되고, 이에 따라 고출력(high C-rate) 밀도를 가진 양극 활물질층을 얻을 수 있다. 열 압착 공정을 거치지 않는 금속산화물 나노입자는 열처리 후에 집전체에서 떨어지게 되어, 전지 특성을 평가하는 것이 불가능하다.This thermal compression or thermal pressurization process melts or partially melts the polymer in the composite fiber web, improves adhesion to the current collector, and increases the specific surface area and density per unit volume after heat treatment. It is possible to have an improved unique structure, thereby obtaining a positive electrode active material layer having a high C-rate density. The metal oxide nanoparticles not subjected to the thermal compression process fall off the current collector after the heat treatment, and it is impossible to evaluate the battery characteristics.

이어서, 상기 열 압착 또는 열 가압된 복합섬유 웹을 열처리하여 상기 복합섬유 웹에서 상기 고분자를 제거함으로써 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 형성한다. Subsequently, the thermocompression-bonded or pressurized composite fiber web is heat-treated to remove the polymer from the composite fiber web to form a porous cathode active material layer including metal oxide nanoparticles.

예컨대, 상기 열 압착 또는 열 가압 처리 후 공기 중 400℃에서 30분간 열처리하여 고분자를 분해시켜 제거하면, 금속산화물 나노섬유 네트워크 (이하, '웹'과 혼용됨)가 얻어진다. 열 압착 후의 열처리 온도와 시간은 사용된 금속산화물의 결정화 및 소성온도를 고려하여 결정한다. 열처리는 금속산화물 전구체의 종류에 따라 400~800 ℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 또한, 저온 열처리 과정을 통해 비정질 구조를 가진 금속산화물 나노섬유 웹을 얻음으로써 사이클 특성을 개선시킬 수도 있다.For example, when the polymer is decomposed and removed by heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in air after the thermocompression or thermopressing treatment, a metal oxide nanofiber network (hereinafter referred to as “web”) is obtained. The heat treatment temperature and time after thermal compression are determined in consideration of the crystallization and firing temperatures of the metal oxides used. Heat treatment may be performed in a temperature range of 400 ~ 800 ℃ depending on the type of metal oxide precursor. In addition, the cycle characteristics may be improved by obtaining a metal oxide nanofiber web having an amorphous structure through a low temperature heat treatment process.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but these examples are only presented to more clearly understand the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be determined within the scope of the technical spirit of the claims.

[실시예 1] 바나듐산화물 전구체-폴리비닐아세테이트 복합섬유 웹 층의 열 압착 공정 및 후열처리 과정을 통해 바나듐산화물 나노섬유 네트워크 제조 Example 1 Preparation of Vanadium Oxide Nanofiber Networks by Thermocompression and Post-Heat Treatment of Vanadium Oxide Precursor-Polyvinylacetate Composite Fiber Web Layer

폴리비닐아세테이트 (Mw: 500,000) 1.5 g을 디메틸포름아마이드(DMF) 15 ml에 넣어 하루 정도 용해시킨 고분자 용액에, 바나듐 아세틸아세토네이트(Vanadium Acetylacetonate) 3 g을 넣어 교반하였다. 이때, 원활한 방사를 위해 아세트산 1 ml와 Cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB) 0.003 g을 소량 첨가하였다.1.5 g of polyvinylacetate (Mw: 500,000) was added to 15 ml of dimethylformamide (DMF) and dissolved in the polymer solution for about one day. Then, 3 g of vanadium acetylacetonate was added and stirred. At this time, 1 ml of acetic acid and 0.003 g of Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) were added in a small amount for smooth spinning.

반응이 이루어진 프리커서를 실린지(Syringe)에 옮겨 담고 전기방사 장비에 장착한 후, 실린지 끝에 달린 팁과 집전체 사이에 전압을 걸어 바나듐산화물 전구체-폴리비닐아세테이트(PVAc) 복합섬유 웹 층을 얻었다. 여기서, 전압은 12 kV, flow rate는 30 ㎕/min, 총 토출 량은 500~10,000 ㎕, 팁과 집전체 사이의 거리는 10 cm 정도였다. 도 1은 전기방사 후에 집전체 위에 얻어진 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹 층의 주사전자현미경 사진을 보여주고 있다. 100~300 nm 크기의 나노선의 네트워크 구조가 집전체 위에 잘 형성되어 있음을 보여주고 있다. The reacted precursor was transferred to a syringe (Syringe), mounted on an electrospinning apparatus, and a voltage was applied between the tip of the syringe and the current collector to form a vanadium oxide precursor-polyvinylacetate (PVAc) composite fiber web layer. Got it. Here, the voltage was 12 kV, the flow rate was 30 μl / min, the total discharge amount was 500-10,000 μl, and the distance between the tip and the current collector was about 10 cm. FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of a vanadium oxide precursor-PVAc composite fiber web layer obtained on a current collector after electrospinning. It shows that the network structure of the nanowire of 100-300 nm size is well formed on the current collector.

도 1에서 보여지는 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹 층을 400 ℃ 이상의 고온에서 직접 열처리를 하게 되는 경우, 크랙(crack)이 발생하거나 집전체와의 접착 특성이 나빠, 열처리 후에 기판에서 탈리되는 문제점이 발생하였다. 이는 집전체 기판과의 계면에서 복합섬유 웹 층 중의 일부만이 선 접촉을 하게 되어 열처리 후에 접착 강도가 낮아지기 때문이다. 이를 극복하기 위해서, 사용된 고분자의 유리전이온도 이상에서 도 1에서 보여지는 복합섬유 웹 층을 열 압착하여 부분적으 로 또는 전체적으로 용융과정을 거친 후 열처리를 하였다. 도 2는 전기방사에 의해 바나듐산화물 전구체-고분자 복합섬유 웹 층이 적층된 집전체를 60 ℃로 가열된 프레스에서 0.1 MPa의 압력으로 60초간 열 압착한 이후에 얻어진 주사전자현미경 사진이다. 이때, 집전체에 가해지는 온도와 압력 정도에 따라 고분자의 표면 구조가 바뀜을 알 수 있었다. 또한, 사용되는 고분자에 따라 다른 열 압착 온도를 정할 수도 있었다. 열 압착 과정에서 일어나는 고분자(PVAc)의 전체적인 용융과정을 통해 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유들이 서로 연결된 구조를 도 2에서 볼 수 있다. 이때, 고분자의 용융과정에서 집전체 기판과 선 접촉이 아닌 면 접촉이 이루어지면서 열처리 후에 접착강도가 크게 증가하게 되는 것이다. When the vanadium oxide precursor-PVAc composite fiber web layer shown in FIG. 1 is directly heat-treated at a high temperature of 400 ° C. or higher, cracks are generated or adhesive properties with the current collector are poor, resulting in detachment from the substrate after the heat treatment. This occurred. This is because only a part of the composite fiber web layer is in line contact at the interface with the current collector substrate, thereby lowering the adhesive strength after heat treatment. In order to overcome this problem, the composite fiber web layer shown in FIG. 1 above the glass transition temperature of the used polymer was thermally compressed and subjected to heat treatment in part or in whole. FIG. 2 is a scanning electron micrograph obtained after thermally compressing a current collector on which a vanadium oxide precursor-polymer composite fiber web layer is laminated by electrospinning at a pressure of 0.1 MPa in a press heated at 60 ° C. for 60 seconds. At this time, it was found that the surface structure of the polymer changed depending on the temperature and pressure applied to the current collector. In addition, it was also possible to determine different thermocompression temperatures depending on the polymer used. It can be seen in FIG. 2 that the vanadium oxide precursor-PVAc composite fibers are connected to each other through the overall melting process of the polymer (PVAc) occurring during the thermal compression process. At this time, the adhesive strength is greatly increased after the heat treatment while the surface contact is made in contact with the current collector substrate rather than the line contact during the melting of the polymer.

도 3은 열 압착 과정을 거쳐 400 ℃에서 30분간 열처리를 한 후에 얻어진 바나듐산화물(V2O5)의 주사전자현미경 사진을 보여주고 있다. 본 실시예에서는 400 ℃에서 열처리를 하였으나, 바나듐 산화물의 입자 크기를 조절하기 위해 400~800 ℃의 온도 범위에서 열처리하는 것도 가능하다. 도 3에 따르면, 미세한 나노로드 형태의 바나듐산화물이 잘 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 4에서 보여지는 투과전자현미경(TEM)에서 나노로드 형태의 바나듐산화물의 형태를 잘 확인할 수 있다. 나노로드 또한 나노입자의 한 형태로 볼 수 있으며, 전기방사, 열압착, 열처리 후에 얻어진 나노입자에 있어서, 입자의 모양에 특정한 제약을 두지는 않는다. 예컨대, 둥근(round) 형태의 입자 및/또는 한쪽 방향으로 연신되어져 있는 로드 형태를 얻을 수 있다. 도 4의 (a)의 투과전자현미경 사진에서, 바나듐산화물 양극 활물 질을 구성하는 입자는 평균 폭이 20~80 nm, 평균 길이가 100~500 nm의 범위인 나노로드 형태인 것을 확인할 수 있다. 도 4의 (b)는 400 ℃에서 열처리된 바나듐산화물 나노로드 네트워크가 부분 결정질과 비정질이 혼재되어 있는 구조를 가지고 있음을 보여준다.3 shows a scanning electron micrograph of vanadium oxide (V 2 O 5 ) obtained after heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes through thermal compression. In the present embodiment, the heat treatment at 400 ℃, it is also possible to heat treatment in the temperature range of 400 ~ 800 ℃ to control the particle size of vanadium oxide. According to FIG. 3, it can be seen that vanadium oxide in the form of a fine nanorod is well formed. In addition, the shape of the nanorod-type vanadium oxide in the transmission electron microscope (TEM) shown in Figure 4 can be confirmed well. Nanorods can also be seen as a form of nanoparticles, and for nanoparticles obtained after electrospinning, thermocompression, and heat treatment, no particular restrictions are placed on the shape of the particles. For example, round particles and / or rods elongated in one direction can be obtained. In the transmission electron micrograph of Figure 4 (a), it can be seen that the particles constituting the vanadium oxide anode active material is in the form of a nanorod having an average width of 20 ~ 80 nm, the average length of 100 ~ 500 nm range. 4 (b) shows that the vanadium oxide nanorod network heat treated at 400 ° C. has a structure in which partial crystalline and amorphous are mixed.

[실시예 2] 리튬코발트산화물 전구체-폴리비닐아세테이트 복합섬유 웹 층의 열 압착 공정 및 후열처리 과정을 통해 리튬코발트산화물 나노입자 네트워크 제조 Example 2 Preparation of Lithium Cobalt Oxide Nanoparticle Networks by Thermocompression and Post-Heat Treatment of Lithium Cobalt Oxide Precursor-Polyvinylacetate Composite Fiber Web Layer

폴리비닐아세테이트 (Mw: 500,000) 1.5 g을 디메틸포름아마이드(DMF) 15 ml에 넣어 하루 정도 용해시킨 고분자 용액에, 리튬클로라이드(Lithium Chloride) 0.39 g과 코발트아세테이트(Cobalt Acetate) 1.61 g을 함께 넣어 교반하였다. 이때, 원활한 방사를 위해 아세트산 1 ml와 Cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB) 0.002~0.004 g을 소량 첨가하였다.1.5 g of polyvinylacetate (Mw: 500,000) was added to 15 ml of dimethylformamide (DMF) and dissolved in the solution for about a day. Then, 0.39 g of lithium chloride and 1.61 g of cobalt acetate were added together and stirred. It was. At this time, 1 ml of acetic acid and 0.002-0.004 g of Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) were added in a small amount for smooth spinning.

반응이 이루어진 프리커서를 실린지에 옮겨 담고 전기방사 장비에 장착한 후, 실린지 끝에 달린 팁과 집전체 사이에 전압을 걸어 리튬코발트산화물 전구체-폴리비닐아세테이트 복합섬유 웹 층을 얻었다. 여기서, 전압은 12 kV, flow rate는 30 ㎕/min, 총 토출 량은 500~10,000 ㎕, 팁과 집전체 사이의 거리는 10 cm 정도였다. 도 5는 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유가 집전체 위에 방사되고 난 후의 주사전자현미경 사진을 보여주고 있다. 300~700 nm 크기의 나노섬유가 집전체 위에 네트워크 형태로 잘 형성되어 있음을 보여주고 있다. The reacted precursor was transferred to a syringe, mounted on an electrospinning apparatus, and voltage was applied between the tip of the syringe and the current collector to obtain a lithium cobalt oxide precursor-polyvinylacetate composite fiber web layer. Here, the voltage was 12 kV, the flow rate was 30 μl / min, the total discharge amount was 500-10,000 μl, and the distance between the tip and the current collector was about 10 cm. 5 shows a scanning electron micrograph after the lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber is spun onto the current collector. It is shown that nanofibers of 300 to 700 nm are well formed in a network form on the current collector.

리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합 섬유를 열 압착 과정 없이 450 ℃ 이상 의 고온에서 열처리를 하게 되는 경우, 크랙(crack)이 발생하거나 집전체와의 접착 특성이 나빠, 열처리 후에 기판에서 탈리되는 문제점이 발생하였다. 이를 극복하기 위해, 사용된 고분자의 유리전이온도 이상에서 열 압착 과정을 거친 후 열처리를 하였다. 도 6은 전기방사에 의해 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹 층이 적층된 집전체를 60 ℃로 가열된 프레스에서 0.1 MPa의 압력으로 60초간 열 압착한 이후의 주사전자현미경 사진을 보여준다. 이때, 집전체에 가해지는 온도와 압력 정도에 따라 고분자의 표면 구조가 바뀜을 알 수 있었다. 또한, 사용되는 고분자에 따라 다른 열 압착 온도를 정할 수도 있었다. 열 압착 과정에서 일어나는 고분자(PVAc)의 전체적인 용융과정을 통해 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유들이 서로 연결된 구조를 도 6에서 볼 수 있다. When the lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber is heat-treated at a high temperature of 450 ° C. or higher without a thermocompression bonding process, cracks are generated or adhesive properties with the current collector are poor, resulting in a problem of detachment from the substrate after the heat treatment. It was. In order to overcome this, heat treatment was performed after the thermal compression process above the glass transition temperature of the used polymer. FIG. 6 shows a scanning electron micrograph of a current collector on which a lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber web layer is laminated by electrospinning at 60 ° C. for 60 seconds at a pressure of 0.1 MPa. At this time, it was found that the surface structure of the polymer changed depending on the temperature and pressure applied to the current collector. In addition, it was also possible to determine different thermocompression temperatures depending on the polymer used. It can be seen in FIG. 6 that the lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fibers are connected to each other through the overall melting process of the polymer (PVAc) occurring during the thermal compression process.

도 7은 열 압착 과정을 거쳐 450 ℃에서 30분간 열처리를 한 후에 얻어진 리튬코발트산화물(LiCoO2)의 주사전자현미경 사진(x 30,000)을 보여주고 있다. 본 실시예에서는 450 ℃에서 열처리를 하였으나, 리튬코발트산화물의 입자 크기를 조절하기 위해 400~800 ℃의 온도 범위에서 열처리하는 것도 가능하다. 도 8은 도 7을 확대한 주사전자현미경 사진(x 100,000)으로, 미세한 나노입자 형태의 리튬코발트산화물이 잘 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히, 열 압착 과정을 60 ℃보다 낮은 온도에서 0.1 MPa 이하로 30초 미만으로 하는 경우, 도 5에서 관찰된 나노선들의 네트워크가 어느 정도 유지되면서, 각각의 나노선들이 압착 과정에서 눌려 벨트화되고, 각각의 나노벨트들은 미세한 리튬코발트산화물 나노입자들로 구성되어 네트 워크를 형성함을 알수 있다. 따라서, 전이금속과 리튬이 복합된 산화물의 네트워크는 기본적으로는 나노입자들의 네트워크이면서, 나노선들의 네트워크가 될 수도 있다 (이는 전이금속만의 산화물 네트워크, 전이금속과 전이금속이 복합된 산화물의 네트워크, 전이금속과 비전이금속이 복합된 산화물의 네트워크도 마찬가지이다).FIG. 7 shows a scanning electron micrograph (x 30,000) of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) obtained after heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes through thermal compression. In this embodiment, but the heat treatment at 450 ℃, in order to control the particle size of the lithium cobalt oxide it is also possible to heat treatment in the temperature range of 400 ~ 800 ℃. FIG. 8 is a magnified scanning electron micrograph (x 100,000) of FIG. 7 and shows that lithium cobalt oxide in the form of fine nanoparticles is well formed. In particular, when the thermal compression process is less than 30 seconds to less than 0.1 MPa at a temperature lower than 60 ℃, while maintaining a network of the nanowires observed in Figure 5, each of the nanowires are pressed and belted during the compression process Each nanobelt is composed of fine lithium cobalt oxide nanoparticles to form a network. Thus, a network of oxides in which transition metals and lithium are complex is basically a network of nanoparticles, but may also be a network of nanowires (this is an oxide network of transition metals only, a network of oxides in which transition metals and transition metals are complexed). The same applies to networks of oxides in which transition and non-transition metals are combined).

[실시예 3] LiFePO 4 전구체-폴리비닐아세테이트 복합섬유 웹 층의 열 압착 공정 및 후열처리 과정을 통해 LiFePO 4 나노입자 네트워크 제조 Example 3 Preparation of LiFePO 4 Nanoparticle Networks by Thermocompression and Post-Heat Treatment of LiFePO 4 Precursor-Polyvinylacetate Composite Fiber Web Layer

폴리비닐아세테이트 (Mw: 500,000) 1.5 g을 디메틸포름아마이드(DMF) 15 ml에 넣어 하루 정도 용해시킨 고분자 용액에, 리튬클로라이드(Lithium Chloride, mw 42.39) 0.28 g과 철(III)클로라이드(Iron(III) chloride, mw 162.21) 1.04 g, 그리고 트리페닐포스파인(Triphenylphosphine, mw 262.29) 1.68 g을 함께 넣어 교반하였다. 이때, 원활한 방사를 위해 Cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB) 0.002 g을 소량 첨가하였다.0.28 g of lithium chloride (Lithium Chloride, mw 42.39) and iron (III) chloride (Iron (III) in a polymer solution dissolved in 15 ml of polyvinylacetate (Mw: 500,000) in 15 ml of dimethylformamide (DMF) for about a day. ) chloride, mw 162.21) 1.04 g, and 1.68 g of Triphenylphosphine (mw 262.29) were added together and stirred. At this time, 0.002 g of Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) was added in a small amount for smooth spinning.

반응이 이루어진 프리커서를 실린지에 옮겨 담고 전기방사 장비에 장착한 후, 실린지 끝에 달린 팁과 집전체 사이에 전압을 걸어 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유 웹 층을 얻었다. 여기서, 전압은 12 kV, flow rate는 30 ㎕/min, 총 토출 량은 500~10,000 ㎕, 팁과 집전체 사이의 거리는 10 cm 정도였다. 도 9는 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유가 집전체 위에 방사되고 난 후의 주사전자현미경 사진을 보여주고 있다. 200~600 nm 크기의 복합섬유가 나노선의 네트워크 구조를 이루면서 잘 형성 되어 있음을 보여주고 있다. The reacted precursor was transferred to a syringe, mounted on an electrospinning apparatus, and a voltage was applied between the tip of the syringe and the current collector to obtain a LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber web layer. Here, the voltage was 12 kV, the flow rate was 30 μl / min, the total discharge amount was 500-10,000 μl, and the distance between the tip and the current collector was about 10 cm. FIG. 9 shows a scanning electron micrograph after LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber is spun onto a current collector. It shows that 200 ~ 600 nm composite fiber is well formed by forming the network structure of nanowires.

집전체와 복합섬유 웹 층의 접착 강도를 증진시키기 위해 열 압착 과정을 실시하였다. 도 10은 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유가 방사되어 적층된 집전체를 60 ℃로 가열된 프레스에서 0.1 MPa의 압력으로 60초간 열 압착한 이후의 주사전자현미경 사진이다. 이때, 집전체에 가해지는 온도와 압력 정도에 따라 고분자의 표면 구조가 바뀜을 알 수 있었다. 또한, 사용되는 고분자에 따라 다른 열 압착 온도를 정할 수도 있었다. 열 압착 과정에서 일어나는 고분자(PVAc)의 전체적인 용융과정을 통해 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유들이 서로 연결된 구조를 도 10에서 볼 수 있다. A thermocompression process was conducted to enhance the adhesive strength of the current collector and the composite fiber web layer. FIG. 10 is a scanning electron micrograph of a current collector in which a LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber is spun and laminated to a current collector heated at 60 ° C. at a pressure of 0.1 MPa for 60 seconds. At this time, it was found that the surface structure of the polymer changed depending on the temperature and pressure applied to the current collector. In addition, it was also possible to determine different thermocompression temperatures depending on the polymer used. It can be seen in FIG. 10 that the LiFePO 4 precursor-PVAc composite fibers are connected to each other through the overall melting process of the polymer (PVAc) occurring during the thermal compression process.

도 11은 열압착 과정을 거쳐 450 ℃에서 30분간 열처리를 한 후에 얻어진 LiFePO4의 주사전자현미경 사진(x 80,000)을 보여주고 있다. 450 ℃에서 열처리된 경우 충분한 입자 성장이 이루어지지 않아서 15 nm 미만의 초미세한 나노입자들로 구성된 네트워크 형상을 가지게 된다. 이에 비해, 도 12에서는 열 압착 과정을 거쳐 600 ℃에서 30분간 열처리된 LiFePO4의 주사전자현미경 사진(x 50,000)을 보여주고 있다. 도 12에서는 50 nm 크기의 나노입자들로 구성된 LiFePO4의 네트워크가 잘 형성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 열 압착 및 열처리 조건의 변화에 따라 원하는 형태의 표면 구조를 가지는 양극활물질 네트워크를 제조하는 것이 가능하다.FIG. 11 shows a scanning electron micrograph (x 80,000) of LiFePO 4 obtained after thermal treatment at 450 ° C. for 30 minutes. When thermally treated at 450 ° C., sufficient particle growth did not occur, resulting in a network shape composed of ultrafine nanoparticles of less than 15 nm. In comparison, FIG. 12 shows a scanning electron micrograph (x 50,000) of LiFePO 4 heat-treated at 600 ° C. for 30 minutes through thermal compression. In FIG. 12, it can be seen that a network of LiFePO 4 composed of 50 nm-sized nanoparticles is well formed. In this way, it is possible to produce a cathode active material network having a surface structure of a desired shape according to the change of thermal compression and heat treatment conditions.

[실험결과 1] 바나듐산화물 나노입자 네트워크를 양극 활물질로 이용한 리튬 이차전지의 특성 평가 [Experiment 1] Characterization of lithium secondary battery using vanadium oxide nanoparticle network as cathode active material

실시예 1에 따라 집전체(스테인리스 스틸) 기판 위에 형성된 바나듐산화물 (V2O5) 나노입자(나노로드) 네트워크의 양극 활물질 특성을 확인하기 위해, 다음과 같이 코인 셀(CR2032-type coin cell) 구조를 제조하였다. 셀의 구성에 있어서, 전해질로는 1 M의 LiPF6가 용해된 EC/DEC (1/1 volume%) 용액을 사용하였다. 그리고, 기준 전극(상대 전극)으로 사용할 음극은 순도 99.99%의 금속 리튬 호일(Foote Mineral Co.)을 사용하고, 작동 전극으로 실시예 1을 통해 얻어진 바나듐산화물 나노로드 네트워크 박층을 사용하였다. 음극과 양극 사이에 전기적인 단락을 막아줄 분리막으로는 폴리프로필렌 필름(Celgard Inc.)을 사용하였으며, 이와 같은 셀의 제작은 VAC사의 글러브 박스 내에서 아르곤(Ar) 분위기를 만든 후 시행하였다.In order to confirm the cathode active material characteristics of the vanadium oxide (V 2 O 5 ) nanoparticle (nanorod) network formed on the current collector (stainless steel) substrate according to Example 1, a coin cell (CR2032-type coin cell) was as follows. The structure was prepared. In the cell configuration, an EC / DEC (1/1 volume%) solution in which 1 M of LiPF 6 was dissolved was used as the electrolyte. In addition, as a cathode to be used as a reference electrode (relative electrode), metal lithium foil having a purity of 99.99% (Foote Mineral Co.) was used, and a vanadium oxide nanorod network thin layer obtained through Example 1 was used as a working electrode. Polypropylene film (Celgard Inc.) was used as a separator to prevent an electrical short between the cathode and the anode. The fabrication of such a cell was performed after creating an argon (Ar) atmosphere in a VAC glove box.

여기서, 사용된 충·방전 실험 장치는 WonATech 사의 WBCS3000 모델로서, 16개의 보드를 첨가하여 16 채널로 측정이 가능하도록 한 MPS (Multi Potentiostat System)로 정전류 하에서 전압의 변화를 살펴보았다. 충·방전 시 사용된 전류밀도의 세기는 각 물질의 이론용량을 계산하여 0.5 C-rate과 2 C rate 기준으로 하였다. 바나듐산화물 나노로드 네트워크 박층의 양극 활물질의 경우 cut off 전압은 2.4 V~3.8 V이었다. Here, the charge / discharge tester used was WonATech's WBCS3000 model, which examined the voltage change under constant current with the Multi Potentiostat System (MPS), which was able to measure 16 channels by adding 16 boards. The intensity of the current density used during charging and discharging was calculated based on 0.5 C-rate and 2 C rate by calculating the theoretical capacity of each material. In the case of the positive electrode active material of the thin vanadium oxide nanorod network, the cut off voltage was 2.4 V to 3.8 V.

도 13은 전기방사 후에 60 ℃에서 30초간 0.1 MPa의 압력으로 열 압착을 거쳐 400 ℃에서 열처리된 다공성 바나듐산화물 나노로드 네트워크를 양극 활물질로 이용한 경우의 사이클 수에 대한 방전용량의 변화를 0.5 C에서 측정한 결과를 보여준다. 400 mAh/g 의 높은 용량 값이 50 사이클까지 관찰되는 특성을 보여주고 있다. C-rate은 용량을 1시간 만에 모두 방출할 때 흐르는 전류로 정의가 된다. 따라서, C-rate이 높을수록 순간적으로 출력할 수 있는 최대 전류의 크기가 높다고 할 수 있다. 이는 순간적으로 고출력이 요구되는 전자 및 기계 장치의 전력 공급으로 아주 중요한 요소가 된다. FIG. 13 shows the change in discharge capacity with respect to the number of cycles when the porous vanadium oxide nanorod network heat-treated at 400 ° C. at a pressure of 0.1 MPa for 30 seconds at 60 ° C. after electrospinning at 0.5 ° C. Show measured results. A high capacity value of 400 mAh / g shows the characteristic observed up to 50 cycles. C-rate is defined as the current that flows when the capacity is released in one hour. Therefore, it can be said that the higher the C-rate, the higher the maximum current that can be instantaneously output. This is a very important factor in the power supply of electronic and mechanical devices that require high power instantaneously.

이러한 바나듐산화물 나노로드 네트워크의 고율 특성을 확인하기 위해 2C rate에서 충방전 특성을 평가하였다. 도 14는 상기 실시예 1을 거쳐 얻어진 다공성 바나듐산화물 나노로드 네트워크를 양극 활물질로 이용하여 2 C에서 측정한 충방전 특성 결과를 보여준다. C-rate이 높아짐에 따라 방전용량이 다소 감소함을 알 수 있다. 그러나, 50 사이클 이후에도 뚜렷한 용량의 감소없이 300 mAh/g 이상의 고용량을 유지하는 특성은 주목할 만하다. 이를 통해서 고용량뿐만 아니라 고출력 이차전지의 양극 활물질로 활용하는 것이 가능하다.In order to confirm the high rate characteristics of the vanadium oxide nanorod network, charge and discharge characteristics were evaluated at 2C rate. 14 shows the results of charge and discharge characteristics measured at 2 C using the porous vanadium oxide nanorod network obtained through Example 1 as the positive electrode active material. As the C-rate increases, the discharge capacity decreases slightly. However, the property of maintaining a high capacity of 300 mAh / g or more without a significant decrease in capacity even after 50 cycles is noteworthy. Through this, it is possible to utilize not only high capacity but also as a positive electrode active material of a high output secondary battery.

이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다. In the above, the present invention has been described with reference to the illustrated examples, which are merely examples, and the present invention may be embodied in various modifications and other embodiments that are obvious to those skilled in the art. Understand that you can.

도 1은 집전체 위에 전기방사된 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹의 주사전자현미경 사진이다. 1 is a scanning electron micrograph of a vanadium oxide precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector.

도 2는 집전체 위에 전기방사된 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착한 이후의 주사전자현미경 사진이다. FIG. 2 is a scanning electron micrograph after thermal compression of an electrospun vanadium oxide precursor-PVAc composite fiber web on a current collector.

도 3은 집전체 위에 전기방사된 바나듐산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착 후 400 ℃에서 열처리한 다음 관찰된 주사전자현미경 사진이다. 3 is a scanning electron micrograph observed after heat-squeezing the vanadium oxide precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector and heat-treated at 400 ° C.

도 4은 집전체 위에 전기방사 후에 열 압착과 열처리를 거쳐 얻어진 바나듐산화물의 투과전자현미경 사진들이다.4 are transmission electron micrographs of vanadium oxide obtained by thermal compression and heat treatment after electrospinning on a current collector.

도 5는 집전체 위에 전기방사된 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹의 주사전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron micrograph of a lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector.

도 6은 집전체 위에 전기방사된 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착한 이후의 주사전자현미경 사진이다. 6 is a scanning electron micrograph after thermocompression bonding of a lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector.

도 7은 집전체 위에 전기방사된 리튬코발트산화물 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착 후 450 ℃에서 열처리한 다음 관찰된 주사전자현미경 사진이다. FIG. 7 is a scanning electron micrograph of the lithium cobalt oxide precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector and heat-treated at 450 ° C. after thermal compression.

도 8은 도 7의 확대된 주사전자현미경 사진이다. FIG. 8 is an enlarged scanning electron micrograph of FIG. 7.

도 9는 집전체 위에 전기방사된 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유 웹의 주사전자현미경 사진이다. 9 is a scanning electron micrograph of a LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector.

도 10은 집전체 위에 전기방사된 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압 착한 이후의 주사전자현미경 사진이다. 10 is a scanning electron micrograph after thermal compression of the electrospun LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber web on the current collector.

도 11은 집전체 위에 전기방사된 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착 후 450 ℃에서 열처리한 다음 관찰된 주사전자현미경 사진이다. FIG. 11 is a scanning electron microscope photograph of an electrospun LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber web on a current collector, followed by heat treatment at 450 ° C.

도 12은 집전체 위에 전기방사된 LiFePO4 전구체-PVAc 복합섬유 웹을 열 압착 후 600 ℃에서 열처리한 다음 관찰된 주사전자현미경 사진이다. 12 is a scanning electron micrograph observed after heat-squeezing the LiFePO 4 precursor-PVAc composite fiber web electrospun on a current collector and heat-treated at 600 ° C. FIG.

도 13은 본 발명의 실시예 1을 거쳐 제조된 바나듐산화물 나노로드 네트워크를 양극 활물질로 이용한 경우의 충·방전 사이클 특성으로서, 0.5 C에서 측정한 결과를 보여준다.FIG. 13 is a charge / discharge cycle characteristic when the vanadium oxide nanorod network prepared through Example 1 of the present invention is used as a positive electrode active material, and shows the result measured at 0.5 C. FIG.

도 14는 본 발명의 실시예 1을 거쳐 제조된 바나듐산화물 나노로드 네트워크를 양극 활물질로 이용한 경우의 충·방전 사이클 특성으로서, 2 C에서 측정한 결과를 보여준다.FIG. 14 shows the results of measurement at 2 C as a charge / discharge cycle characteristic when the vanadium oxide nanorod network prepared through Example 1 of the present invention is used as a cathode active material.

도 15는 본 발명의 실시예 1을 거쳐 제조된 바나듐산화물 나노로드 네트워크를 양극 활물질로 이용한 경우의 사이클 수에 따른 방전용량 특성 결과를 보여준다.FIG. 15 shows discharge capacity characteristics according to the number of cycles when the vanadium oxide nanorod network prepared through Example 1 of the present invention is used as a cathode active material.

Claims (14)

양극 집전체와;A positive electrode current collector; 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 전기장이 인가된 상태에서의 방사에 의해 축적된 금속산화물 전구체-고분자의 복합섬유 웹이 열 압착 후 열처리되어 형성된 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극. Including a porous positive electrode active material layer comprising metal oxide nanoparticles formed by heat-treating and heat-compressing a metal oxide precursor-polymer composite fiber web accumulated by radiation in a state in which an electric field is applied to at least one surface of the positive electrode current collector A secondary battery positive electrode, characterized in that made. 제1항에 있어서, 상기 다공성 양극 활물질층은 상기 금속산화물 나노입자를 포함하는 납작한 벨트 형상의 나노섬유가 서로 뒤엉킨 웹 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극. The cathode of claim 1, wherein the porous cathode active material layer has a web structure in which flattened belt-shaped nanofibers including the metal oxide nanoparticles are entangled with each other. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, 평균 폭이 20~80 ㎚이고 평균 길이가 100~500 ㎚인 로드(rod) 형상 및 평균 크기가 2~100 ㎚인 라운드(round) 형상 중 적어도 한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.The metal oxide nanoparticle of claim 1, wherein the metal oxide nanoparticle has at least a rod shape having an average width of 20 to 80 nm and an average length of 100 to 500 nm, and a round shape having an average size of 2 to 100 nm. A secondary battery positive electrode having a shape. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는 전이금속을 포함하는 산화물 나노입자인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.The positive electrode for a secondary battery of claim 1, wherein the metal oxide nanoparticles are oxide nanoparticles containing a transition metal. 제4항에 있어서, 상기 금속산화물 나노입자는, The method of claim 4, wherein the metal oxide nanoparticles, (1) V2O5, CuV2O6, NaMnO2, NaFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85), LiMn2O4, Li[Ni1/2Mn1/2]O2 및 LiFePO4로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 상으로 이루어진 나노입자이거나, 혹은 (1) V 2 O 5 , CuV 2 O 6 , NaMnO 2 , NaFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0 ≦ y ≦ 0.85), LiMn 2 O 4 , Li [Ni 1 / 2 Mn 1/2 ] O 2 and LiFePO 4 at least one selected from the group consisting of nanoparticles or two or more mixed phases, or (2) LiFePO4, Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, Li[Ni1/2Mn1/2]O2, LiNi1-yCoyO2 (0≤y≤0.85) 또는 LiNi1-xTix/2Mgx/2O2 (0≤x≤0.8)로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 리튬 자리에, Mg2+, Al3+, Ti4+, Zr4+, Nb5+ 및 W6+ 이온으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나가 1 at% 이하로 도핑된 나노입자이거나, 혹은 (2) LiFePO 4 , Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 , Li [Ni 1/2 Mn 1/2 ] O 2 , LiNi 1-y Co y O 2 (0 ≦ y ≤ 0.85) or at least one lithium site selected from the group consisting of LiNi 1-x Ti x / 2 Mg x / 2 O 2 (0≤x≤0.8), Mg 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , At least one selected from the group consisting of Zr 4+ , Nb 5+ and W 6+ ions is nanoparticles doped at 1 at% or less, or (3) 상기 (1)과 (2)가 혼합된 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극. (3) The positive electrode for secondary batteries, characterized in that (1) and (2) are mixed. 제1항에 있어서, 상기 양극 집전체는 (1) 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 재질이거나, 혹은 (2) ITO(Sn doped In2O3) 또는 FTO(F doped SnO2) 재질이거나, 혹은 (3) Si 웨이퍼에 형성된 금속 재질인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극.The method of claim 1, wherein the positive electrode current collector is (1) platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), nickel (Ni), stainless steel, aluminum (Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), titanium (Ti) and tungsten (W) any one material selected from the group consisting of, or (2) Sn doped In 2 O 3 ), FTO (F doped SnO 2 ), or (3) A metal secondary battery. 양극 집전체 위에, 금속산화물 전구체와 고분자를 혼합한 용액을 전기장 하에서 방사하여 상기 금속산화물 전구체와 상기 고분자가 혼합된 복합섬유 웹을 형 성하고;Spinning a solution containing the metal oxide precursor and the polymer on the positive electrode current collector under an electric field to form a composite fiber web in which the metal oxide precursor and the polymer are mixed; 상기 복합섬유 웹을 열 압착 또는 열 가압하며;Thermally compressing or thermopressing the composite fiber web; 상기 열 압착 또는 열 가압된 복합섬유 웹을 열처리하여 상기 복합섬유 웹에서 상기 고분자를 제거함으로써 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공성 양극 활물질층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.Heat-treating the thermally compressed or thermo-compressed composite fiber web to remove the polymer from the composite fiber web to form a porous cathode active material layer including metal oxide nanoparticles. 제7항에 있어서, 상기 금속산화물 전구체는 전이금속을 포함하는 전구체를 적어도 1종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the metal oxide precursor comprises at least one precursor containing a transition metal. 제8항에 있어서, 상기 금속산화물 전구체는, Li, Cu, Ni, Mn, Co, Fe, P, Mg, Zr, Na, Ti, Nb, Al 및 W 이온으로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 이온을 함유하는 전구체를 1종 또는 2종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법. The method of claim 8, wherein the metal oxide precursor is at least one ion selected from the group consisting of Li, Cu, Ni, Mn, Co, Fe, P, Mg, Zr, Na, Ti, Nb, Al, and W ions. The manufacturing method of the positive electrode for secondary batteries containing 1 type (s) or 2 or more types of precursor containing these. 제7항에 있어서, 상기 고분자는 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the polymer is polyurethane, polyetherurethane, polyurethane copolymer, cellulose acetate, cellulose acetate butylate, cellulose acetate propionate, polymethylmethacrylate (PMMA), polymethylacrylate (PMA) ), Polyacrylic copolymer, polyvinylacetate (PVAc), polyvinylacetate copolymer, polyvinyl alcohol (PVA), polyperfuryl alcohol (PPFA), polystyrene, polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl fluoride, polyvinyl It is at least one selected from the group consisting of a denfluolide copolymer and polyamide. Method of producing a secondary battery positive electrode according to. 제7항에 있어서, 상기 방사는 전기방사(electro-spinning), 멜트블로운(melt-blown), 플레쉬방사(flash spinning) 또는 정전멜트블로운(electrostatic melt-blown)법에 의한 방사인 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.8. The method of claim 7, wherein the radiation is radiation by electrospinning, melt-blown, flash spinning, or electrostatic melt-blown. The manufacturing method of the positive electrode for secondary batteries which makes it a. 제7항에 있어서, 상기 열 압착 공정은, 상기 고분자의 유리전이온도 이상의 온도에서 0.1~10 MPa의 압력을 가하여 상기 복합섬유 웹 중의 고분자를 부분 또는 전체적으로 용융하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the thermocompression step, the production of a positive electrode for a secondary battery, characterized in that to melt the polymer partially or entirely in the composite fiber web by applying a pressure of 0.1 ~ 10 MPa at a temperature above the glass transition temperature of the polymer. Way. 제7항에 있어서, 상기 열 가압 공정은, 상기 고분자의 유리전이온도 이상의 온도에서 가열하여 상기 고분자의 용융을 유도하거나, 혹은 상기 고분자의 유리전이온도 이상의 온도를 갖는 압축공기를 이용하여 가압하여 상기 고분자의 용융을 유도하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the thermo-pressurization is performed by heating at a temperature above the glass transition temperature of the polymer to induce melting of the polymer, or by pressurizing using compressed air having a temperature above the glass transition temperature of the polymer. A method of manufacturing a positive electrode for a secondary battery, which induces melting of a polymer. 제7항에 있어서, 상기 열처리는 상기 금속산화물 전구체의 종류에 따라 400~800 ℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극의 제 조 방법.The method of claim 7, wherein the heat treatment is performed in a temperature range of 400 ° C. to 800 ° C. according to the type of the metal oxide precursor.
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