KR101337488B1 - 리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

네트워크 구조의 금속 나노파이버를 함유하는 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극을 제공한다. 금속 나노파이버 네트워크를 함유하는 금속 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극은 전하 이동 성능의 향상과 산화 리튬의 활성화를 유도해 전극 물질로 사용된 금속 산화물의 고용량, 고속 충방전이 가능하도록 한다. 또한, 금속 나노파이버 네트워크는 구조 지지체로서 역할이 가능해 고용량을 나타내면서도 전극의 파쇄현상이 감소된다.

Description

리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 리튬 이차전지{ELECTRODE FOR Li SECONDARY BATTERY, METHOD OF PRODUCING THE SAME AND Li SECONDARY BATTERY}
본 발명은 리튬 이차전지용 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 이차 전지의 일종으로서, 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬 이온 전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작기 때문에 시중의 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다.
리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극 및 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극 재질은 흑연이다. 흑연은 370mAh/g의 이론 방전 용량을 갖고 있는데, 이보다도 고용량인 음극 활물질을 상용화하기 위한 연구가 진행 중이다.
예를 들어, 코발트 산화물은 산화수에 따라 흑연의 2배 내지 3배에 해당되는 이론 용량(780 내지 890mAh/g)으로 인해 주목 받고 있는 차세대 음극물질이다.
그러나, 코발트 산화물의 높은 초기 비가역 용량과 낮은 전도성 등으로 인해 이론 용량에 미치지 못하는 낮은 수준의 가역용량의 문제가 있고, 상용화 단계에서 요구하는 싸이클 특성에 미치지 못하고 있는 문제가 있다.
또한, Li-Co 합금에 따른 300%의 부피 팽창에 따른 전극 파쇄 현상은 가역 용량 저하 현상과 함께 전극 수명을 단축시켜 코발트 산화물의 상용화에 큰 장애요소가 되고 있다.
따라서, 이를 극복하기 위하여 새로운 코발트 산화물 전극 구조를 개발할 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전극 물질의 용량과 성능을 향상시킨 리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 리튬 이차전지를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 네트워크 구조의 금속 나노파이버 및 상기 금속 나노파이버를 함유하는 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극을 제공한다.
상기 금속 나노파이버는 Cu 나노파이버일 수 있다.
상기 금속 박막은 실리콘 또는 주석을 포함하고, 상기 금속 산화물 박막은 코발트 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 구리 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 금속 나노파이버와 상기 금속 산화물의 질량비는 1:1 내지 1:2일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 금속 전구체가 함유된 고분자 용액을 준비하는 단계, 기판 상에 상기 고분자 용액을 전기방사하여 금속/고분자 나노파이버를 형성하는 단계, 상기 형성된 금속/고분자 나노파이버를 열처리하여 금속 산화물 나노파이버를 형성하는 단계, 상기 형성된 금속 산화물 나노파이버를 환원반응시켜서 금속 나노파이버를 형성하는 단계 및 상기 금속 나노파이버가 형성된 기판 상에 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 전구체는 Cu를 포함할 수 있다.
상기 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈, 나일론 6, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(메틸 메쓰아크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리(프로필렌 카보네이트), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오프로필렌) 또는 폴리카보메틸실란을 포함할 수 있다.
상기 금속 박막은 실리콘 또는 주석을 포함하고, 상기 금속 산화물 박막은 코발트 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 구리 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 리튬염 전해질을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 네트워크 구조의 금속 나노파이버 및 상기 금속 나노파이버를 함유하는 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극은 전하 이동 성능의 향상과 전기화학반응 중 생성되는 산화 리튬의 활성화를 유도해 전극 물질로 사용된 코발트 산화물의 고용량, 고속 충방전이 가능하도록 한다. 또한, 금속 나노파이버 네트워크는 구조 지지체로서 역할이 가능해 고용량을 나타내면서도 전극의 파쇄현상이 감소된다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 집전체 상에 형성시킨 Cu 나노파이버 네트워크의 SEM 이미지이다.
도 2는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극의 SEM 이미지이다.
도 3은 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 전압곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 고속 충/방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 첫 번째 싸이클에서, Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 미분 용량 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 열 번째 싸이클에서, Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 미분 용량 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 AC 임피던스 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 30 싸이클 종료 후의 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 전극 구조 변화를 나타낸 이미지이다.
도 10은 30 싸이클 종료 후의 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극의 전극 구조 변화를 나타낸 이미지이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
실시예
본 발명의 일 실시예인 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법을 설명한다.
기판이 준비된다. 상기 기판은 집전체 역할을 하는 물질로 스테인리스 스틸(Stainless steel) 기판일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
금속 전구체가 함유된 고분자 용액이 준비된다. 상기 금속 전구체는 Cu를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 나일론 6(Nylon 6), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrille), 폴리(에틸렌 옥사이드)(Poly(ethylene oxide)), 폴리(메틸 메쓰아크릴레이트)(Poly(methyl methacrylate)), 폴리스티렌(Polystryrene), 폴리(프로필렌 카보네이트)(Poly(propylene carbonate)), 폴리(비닐 아세테이트)(Poly(vinyl acetate)), 폴리(비닐 알코올)(Poly(vinyl alcohol)), 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(Poly(vinylidene fluoride)), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오프로필렌)(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)) 또는 폴리카보메틸실란(Polycarbomethylsilane)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 금속 전구체가 함유된 고분자 용액은 CuCl2·2H2O, 메탄올(methanol) 및 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP; M w　=　1,300,000　g·mol-1)의 혼합용액일 수 있다.
상기 기판상에 상기 금속 전구체가 함유된 고분자 용액을 전기방사하여 금속/고분자 나노파이버를 형성한다.
예를 들어, CuCl2·2H2O 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)의 혼합용액인 금속 전구체가 함유된 고분자 용액은 23-게이지(gauge) 스테인리스 스틸 바늘을 가진 주사기에 로딩된다. 상기 바늘 팁과 그라운드된 스테인리스 스틸 기판 사이의 간격은 10cm이고, 상기 바늘 팁과 상기 기판 사이에 10kV 전기장이 인가되어 상기 기판 상에 CuCl2/PVP 나노파이버를 형성할 수 있다.
상기 형성된 금속/고분자 나노파이버를 열처리하여 금속 산화물 나노파이버를 형성한다.
예를 들어, CuCl2/PVP 나노파이버를 공기 중에서 300℃로 3시간 동안 열처리하여 Cu 산화물 나노파이버를 형성할 수 있다.
상기 형성된 금속 산화물 나노파이버를 환원반응시켜서 네트워크 구조의 금속 나노파이버를 생성한다. 상기 환원반응은 수소공정일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, Cu 산화물 나노파이버를 60sccm의 유량(flow rate)으로 H2 분위기하에서 200℃에서 환원반응을 수행하여 네트워크 구조의 Cu 나노파이버를 생성할 수 있다.
상기 금속 나노파이버의 평균 직경은 10nm 내지 100nm일 수 있다.
상기 금속산화물 및 상기 금속 나노파이버의 질량비는 1:1 내지 1:2 일 수 있다. 예를 들어, Cu 나노파이버 및 코발트 산화물의 질량비는 약 2:3일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
만일, 상기 금속 나노파이버의 질량이 상기 금속산화물의 질량에 비하여 상대적으로 커질 경우 전극의 용량에 기여하지 못하는 금속 나노파이버의 부피가 상대적으로 커지므로 가역용량의 증가 효율이 작을 우려가 있다.
상기 네트워크 구조의 금속 나노파이버가 생성된 기판 상에 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 형성한다.
상기 금속 박막은 실리콘(Si) 또는 주석(Sn)을 포함하고, 상기 금속 산화물 박막은 코발트산화물(CoOx), 티타늄산화물(TiO2), 주석산화물(SnO2), 아연산화물(ZnO), 구리산화물(CuO), 바나듐산화물(VOx), 몰리브덴산화물(MoOx) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 전극 역할이 가능한 박막이면 모두 해당한다.
예를 들어, 1 × 10-3　Torr 압력하에서 Ar 가스 분위기 하에서 코발트 산화물 타겟을 가지고 RF 스퍼터링을 이용하여 기판 상에 형성된 Cu 나노파이버 상에 코발트 산화물 박막을 형성할 수 있다.
상기 금속 나노파이버가 생성된 기판 상에 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 형성함으로써 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막 내에 상기 금속 나노파이버가 분산된다.
상기 금속 나노파이버가 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막 내에 고르게 분산될수록 증착되는 박막에 균일하게 나노 구조를 형성시켜 전극용량 증가의 효과를 극대화시킬 수 있다.
상기 금속 산화물 박막의 증착 두께는 50nm 내지 150nm일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
만일, 상기 금속 산화물 박막의 증착 두께가 150nm를 상회하는 경우, 후술할 Li2O상의 크기를 약 10nm 이하로 만들지 못하여 전기화학적 활성화를 유도하지 못하게 되고, 가역용량의 증가 효율이 작을 우려가 있다.
나아가, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 리튬염 전해질을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 네트워크 구조의 금속 나노파이버 및 상기 금속 나노파이버를 함유하는 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하는 리튬 이차 전지를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
도 1은 집전체 상에 형성시킨 Cu 나노파이버 네트워크 SEM 이미지이다.
도 1을 참조하면, 전극은 Si 기판 상에 Cu 나노파이버가 증착된다. 상기 Cu 나노파이버의 평균 직경은 30nm 내지 70nm이다.
도 2는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극의 SEM 이미지이다.
도 2를 참조하면, 기판 상에 Cu 나노파이버의 존재로 인하여 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막은 거친 표면을 갖는다.
이는 스퍼터링된 코발트 산화물이 기판상에 증착될 뿐 아니라, Cu 나노파이버의 표면에도 증착되었기 때문에 거친 표면을 갖게 되는 것이다. 따라서, 상기 거친 표면에 의하여 전해질과 전극 물질 사이의 접촉 면적이 증가하게 되고, 가역용량이 증가하게 된다.
도 3은 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 전압곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 첫번째 및 두번째 충/방전 전압은 2.5V와 0.01V 사이에서 관찰된다. 전류밀도가 20㎂·cm-2(0.15C-rate)일 때 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극은 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하지 않은 코발트 산화물 박막 전극과 비교하여 약 240mAh·g-1의 더 큰 비가역 용량을 갖는다.
이는 전극 물질의 거친 표면에 의하여 전해질과 전극 물질 사이의 접촉 면적이 증가하였기 때문이다.
도 4는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 싸이클 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 코발트 산화물 박막 전극에 Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 경우가 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 경우보다 약 30% 더 높은 용량값을 보여준다.
이는 코발트 산화물에 Cu 나노파이버 네트워크가 포함되면서 나노 구조의 코발트 산화물 박막을 형성하게 되어 후술할 화학식 1의 산화 리튬의 활성화를 유도하게 되어 상대적으로 높은 용량값을 갖게 된다.
도 5는 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 고속 충/방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 전류 밀도가 증가할수록 코발트 산화물 박막 전극의 용량은 급격히 감소하나, Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 박막 전극은 용량의 감소 속도가 상대적으로 작고, 전류 밀도가 500㎂·㎝-2(3C-rate)일 때에도 초기 용량의 50% 정도인 약 400mAh·g-1의 용량을 유지한다.
이는 코발트 산화물 박막 내에 함유된 Cu 나노파이버 네트워크로 인하여 집전체와 음극 활물질 사이에 효과적인 전자 투과 경로가 생겼기 때문에 전기 전도성이 향상된 것이다.
도 6은 첫 번째 싸이클에서, Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 미분 용량 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 열 번째 싸이클에서, Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 미분 용량 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 첫번째 싸이클에서 전극의 미분 용량 곡선을 보면 Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 박막 전극의 경우 상대적으로 강도(intensity)가 더 크고, 높은 용량과 상 이동시 더 빠른 반응속도를 보여준다.
도 7을 참조하면, 열번째 싸이클에서 피크 강도(peak intensity)와 미분 면적(integral areas)이 감소됨을 보여준다. 이는 불완전한 전기화학 반응에 의해 비가역용량이 발생하기 때문이다.
한편, Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 박막 전극의 경우, 첫번째 싸이클에서 관찰된 0.82V 및 1.15V에서의 음극 피크(cathodic peak)가 열번째 싸이클에서는 각각 0.95V 및 1.18V에서 관찰된다.
이는 열번째 싸이클에서의 전기화학반응과 첫번째 싸이클에서의 전기화학반응이 상이함을 보여준다.
하기 화학식 1은 Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 박막 전극의 충/방전시의 전기화학 반응식이다.
화학식 1
Co3O4　+　8Li+　+　8e-　→　4Li2O　+　3Co (첫번째 방전)
Co　+　Li2O　↔　CoO　+　2Li+ + 2e- (그 다음의 충/방전)
상기 화학식 1을 참조하면, 첫번째 방전(first discharge) 반응은 비가역 반응으로 Co3O4와 Li이 반응하여 Co와 Li2O를 형성한다. 첫번째 방전 동안에 Co와 Li2O는 Li2O와 CoO의 산소 격자의 유사성 때문에 Co3O4대신에 CoO가 형성된다.
그 다음의 충/방전(subsequent charge/discharge) 반응에서, CoO와 Li의 반응이 가역반응인 바, 수정된 산소 격자가 계속 보존된다.
즉, 첫번째 방전에서 형성된 Li2O 상은 전기화학적으로 비활성이나, 형성된 Li2O 상의 크기가 약 10nm 이하인 경우 전기화학적으로 활성화가 되어 그 다음의 충/방전에서 가역반응이 일어나게 되고 순환 전압의 결과가 발생하게 된다.
따라서, 그 다음의 충/방전의 가역반응에 의하여 가역용량에 기여하게 되고 높은 용량값을 나타낸다.
도 8은 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극과 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 AC 임피던스 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, R SEI와 R ct의 합이 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극은 344Ω에서 측정되고, Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 박막 전극은 96Ω에서 측정된다.
이는 화합물의 증가된 전기 전도성을 보여준다. 이 결과는 Cu 나노파이버 네트워크가 전체 전극의 높은 전도성에 기여할 뿐만 아니라, 싸이클 동안 코발트 산화물 박막의 전기화학 특성도 크게 향상시킨다는 것을 나타낸다.
도 9는 30 싸이클 종료 후의 Cu 나노파이버 네트워크가 함유되지 않은 코발트 산화물 박막 전극의 전극 구조 변화를 나타낸 이미지이다.
도 10은 30 싸이클 종료 후의 Cu 나노파이버 네트워크를 함유하는 코발트 산화물 박막 전극의 전극 구조 변화를 나타낸 이미지이다.
도 9를 참조하면, 30 싸이클 종료후 코발트 산화물 박막 전극은 심각한 균열과 파쇄현상이 나타난다. 반면에, 도 10을 참조하면, Cu 나노파이버 네트워크가 함유된 코발트 산화물 화합물 전극은 상대적으로 안정된 모습을 나타낸다.
이는 코발트 산화물 박막 전극에 함유된 Cu 나노파이버 네트워크가 구조 지지체로서 역할을 하여 부피 팽창에 대한 스트레스를 완화시킨 것이다. 따라서, Cu 나노파이버 네트워크가 포함된 코발트 산화물 화합물 전극은 고용량을 나타내면서도 전극의 파쇄현상을 감소시키는 효과가 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 네트워크 구조의 금속 나노파이버; 및
    상기 금속 나노파이버가 형성된 기판 상에서 상기 금속 나노파이버를 함유하도록 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하고,
    상기 금속 나노파이버는 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막 내에 분산되어 있어서, 충방전시 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막의 구조를 지지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노파이버는 Cu 나노파이버인 리튬 이차전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은 실리콘 또는 주석을 포함하고, 상기 금속 산화물 박막은 코발트 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 구리 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 리튬 이차전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노파이버와 상기 금속 산화물의 질량비는 1:1 내지 1:2인 리튬 이차전지용 전극.
  5. 금속 전구체가 함유된 고분자 용액을 준비하는 단계;
    기판 상에 상기 고분자 용액을 전기방사하여 금속/고분자 나노파이버를 형성하는 단계;
    상기 형성된 금속/고분자 나노파이버를 열처리하여 금속 산화물 나노파이버를 형성하는 단계;
    상기 형성된 금속 산화물 나노파이버를 환원반응시켜서 금속 나노파이버를 형성하는 단계; 및
    상기 금속 나노파이버가 형성된 기판 상에 상기 금속 나노파이버를 함유하도록 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 금속 나노파이버는 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막 내에 분산되어 있어서, 충방전시 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막의 구조를 지지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 전구체는 Cu를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 폴리비닐피롤리돈, 나일론 6, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(메틸 메쓰아크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리(프로필렌 카보네이트), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오프로필렌) 또는 폴리카보메틸실란을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 금속 박막은 실리콘 또는 주석을 포함하고, 상기 금속 산화물 박막은 코발트 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 구리 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  9. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 리튬염 전해질을 포함하는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는,
    기판 상에 형성된 네트워크 구조의 금속 나노파이버; 및
    상기 금속 나노파이버가 형성된 기판 상에서 상기 금속 나노파이버를 함유하도록 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 포함하고,
    상기 금속 나노파이버는 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막 내에 분산되어 있어서, 충방전시 상기 금속 박막 또는 금속 산화물 박막의 구조를 지지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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