KR101673472B1 - 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1금속메쉬층; 및 상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 광택면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 활물질이 금속메쉬층의 거친면 및 홀을 통해 도포되어 집전체의 제조성능이 향상되고, 집전체로부터 활물질이 탈리되는 것을 억제하여 전지의 사이클 수명특성을 향상시킬 수 있다.

Description

금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체 및 이의 제조방법{A Current Collector for a battery comprising a Metal Mesh and Fabricating Method of the same}

본 발명은 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활물질의 탈리를 방지할 수 있는 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체에 관한 것이다.

최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라서 이들의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 소형화 및 고용량화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장하고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 리튬 이온이 양극 및 음극에서 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다. 리튬 이차 전지는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질을 양극과 음극의 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.

리튬 이차 전지는 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 일정 형태, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 감겨 형성되는 전극 조립체와, 이 전극조립체와 전해액이 수납되는 캔과, 상기 캔의 상부에 조립되는 캡 조립체로 구성된다.

이때, 상기 음극판 및 양극판은 각각의 집전체, 예를 들면 음극집전체 또는 양극집전체 상에 각각의 활물질, 즉, 음극활물질 또는 양극활물질이 코팅되어 이루어질 수 있다.

하지만, 이러한 리튬 이차 전지에서는 수십 내지 수백회의 충전 및 방전을 반복하면서, 상기 활물질이 상기 집전체로부터 탈리되어, 전지 효율이 저하되는 문제점이 있다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 제1금속메쉬층; 및 상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 광택면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 광택면과 접하는 접합면 및 상기 접합면의 타면에 위치하는 제2거친면을 포함하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 제1금속메쉬층; 및 상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 전체면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬패턴은, 상기 복수의 제1금속메쉬 패턴 사이의 홀의 영역에 위치하는 제1금속메쉬 패턴의 측면을 포함하는 제1금속메쉬 패턴의 전체면에 제2거친면을 포함하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 복수의 제1금속메쉬패턴 및 상기 제1금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제1홀을 포함하고, 상기 제1금속메쉬패턴의 일면에 제1거친면 및 이면에 광택면을 포함하는 제1금속메쉬층을 제공하는 단계; 및 복수의 제2금속메쉬패턴 및 상기 제2금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제2홀을 포함하고, 상기 광택면 상에 제2거친면을 포함하는 제2금속메쉬층을 형성하는 단계; 를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1금속메쉬층을 제공하는 단계는, 제조하고자 하는 제1금속메쉬층의 형상과 대응되는 형상의 메쉬를 포함하는 전주마스터를 제공하는 단계; 상기 메쉬의 상면에 제1금속메쉬를 전착하는 전착단계; 및 상기 제1금속메쉬를 상기 메쉬로부터 박리하는 전착층 박리단계;를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는, 상기 제공된 제1금속메쉬층의 불순물을 제거하는 전처리단계; 상기 전처리된 제1금속메쉬층을 수세하는 제1수세단계; 상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계; 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 수세하는 제2수세단계; 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 권취하는 단계를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는, 도금, 침적(沈積), 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 중 어느 한 가지 이상의 방법으로 이루어지는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 제1금속메쉬층; 및 상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 광택면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 광택면과 접하는 접합면 및 상기 접합면의 타면에 위치하는 제2거친면을 포함하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 제1금속메쉬층; 및 상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 전체면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬패턴은, 상기 복수의 제1금속메쉬 패턴 사이의 홀의 영역에 위치하는 제1금속메쉬 패턴의 측면을 포함하는 제1금속메쉬 패턴의 전체면에 제2거친면을 포함하는 전지용 집전체를 제공한다.

또한, 본 발명은 복수의 제1금속메쉬패턴 및 상기 제1금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제1홀을 포함하고, 상기 제1금속메쉬패턴의 일면에 제1거친면 및 이면에 광택면을 포함하는 제1금속메쉬층을 제공하는 단계; 및 복수의 제2금속메쉬패턴 및 상기 제2금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제2홀을 포함하고, 상기 광택면 상에 제2거친면을 포함하는 제2금속메쉬층을 형성하는 단계; 를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1금속메쉬층을 제공하는 단계는, 제조하고자 하는 제1금속메쉬층의 형상과 대응되는 형상의 메쉬를 포함하는 전주마스터를 제공하는 단계; 상기 메쉬의 상면에 제1금속메쉬를 전착하는 전착단계; 및 상기 제1금속메쉬를 상기 메쉬로부터 박리하는 전착층 박리단계;를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는, 상기 제공된 제1금속메쉬층의 불순물을 제거하는 전처리단계; 상기 전처리된 제1금속메쉬층을 수세하는 제1수세단계; 상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계; 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 수세하는 제2수세단계; 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및 상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 권취하는 단계를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는, 도금, 침적(沈積), 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 중 어느 한 가지 이상의 방법으로 이루어지는 전지용 집전체의 제조방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 금속메쉬층의 표면이 거친면을 포함하므로 표면거칠기가 증가하여 활물질의 보존접착력이 향상되어 장기간 충방전에 따른 전지 수명이 현저히 증가될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 활물질이 금속메쉬층의 홀을 통해 금속메쉬층 상에 도포되고, 이로 인해, 금속메쉬층과 활물질의 접촉 면적을 증가됨으로써, 집전체로부터 활물질이 탈리되는 것을 억제하여, 전지의 사이클 수명특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 집전체가 금속메쉬 구조로 형성되어 휘어짐이 용이해 제조성능이 향상되고, 활물질의 도포 두께를 줄이면서도 금속메쉬층과의 접착특성이 증가하게 되어 집전체의 전체 두께를 감소시켜 전지의 고용량화가 가능하다.

도 1은 일반적인 리튬 전지의 전극조립체를 도시한 분리 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지용 집전체를 도시한 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조장치의 메쉬형음극드럼을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 3b는 상기 메쉬형음극드럼의 일부를 도시한 단면도이며, 도 3c는 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조용 연속전주장치를 도시하는 개략적인 구성도이고, 도 3d는 본 발명에 따른 제1금속메쉬의 제조방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 제1금속메쉬층의 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 제2금속메쉬층을 제조하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 제2금속메쉬층을 제조하는 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 금속메쉬층의 거친면(111a, 121a)을 확대도시한 실사진이고, 도 6b는 본 발명에 따른 금속메쉬층의 광택면(111b)을 확대도시한 실사진이다.
도 7a는 제1금속메쉬층 및 제2금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 7b는 도 그 제조방법을 도시하는 공정 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른예에 따른 전지용 집전체를 도시하는 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 리튬 전지의 전극조립체를 도시한 분리 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 리튬 전지의 전극조립체(1)는 제 1 전극(10)(이하, 양극이라 한다), 제 2 전극(20)(이하, 음극이라 한다) 및 세퍼레이터(2a, 2b)를 포함한다.

이때, 전극조립체(1)는 상기 양극(10), 음극(20) 및 세퍼레이터(2a, 2b)가 적층되고, 권취되어 젤리롤 형태로 형성될 수 있다.

이하, 전극조립체의 구성에 대해 상술하면 다음과 같다.

먼저, 상기 세퍼레이터는 양극(10)과 음극(20) 사이에 위치하는 제 1 세퍼레이터(2b) 및 두 전극(10, 20)의 아래쪽 혹은 위쪽에 위치하는 제 2 세퍼레이터(2a)로 이루어질 수 있으며, 적층 및 권취되는 두 전극이 맞닿는 부분에 개재되어 두 전극 간의 단락을 방지한다. 이때, 상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 세퍼레이터의 재질을 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 상기 양극(10)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 양극 집전체(11), 상기 양극 집전체(11)의 일면 혹은 양면에 양극 활물질을 포함한 양극용 슬러리가 도포되는 양극 활물질층(12a, 12b)으로 이루어진다.

또한, 양극(10)은 양극 활물질층(12a, 12b)의 양 끝단 중 적어도 일단을 커버하도록 형성되는 절연 부재(13)를 포함할 수 있다.

또한, 양극 집전체(11)의 양 말단 중 일측 또는 양측에는 양극 활물질을 포함한 양극용 슬러리가 도포되지 않아 양극 집전체(11)가 그대로 드러나 있는 양극 무지부가 형성되며, 상기 양극 무지부에는 양극 집전체(11)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈 또는 알루미늄 재질의 박판으로 형성될 수 있는 양극 탭(14)이 접합된다.

이때, 상기 양극 탭(14)이 접합되는 부위에는 그 상면으로 보호 부재(14a)가 구비될 수 있다.

상기 양극 집전체(11)로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하며, 본 발명에서 상기 양극 집전체(11)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 양극 활물질층의 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCo xMyO2(0 = x = 1, 0 =y = 1, 0 = x+y = 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 양극 활물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 상기 음극(20)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 음극 집전체(21), 상기 음극 집전체(21)의 일면 혹은 양면에 음극 활물질이 포함된 음극용 슬러리가 도포되는 음극 활물질층(22a, 22b)으로 이루어진다.

또한, 음극(20)은 음극 활물질층(22a, 22b)의 양 끝단 중 적어도 일단을 커버하도록 형성되는 절연 부재(23)를 포함할 수 있다.

또한, 음극 집전체(21)의 양 말단 중 일측 또는 양측에는 음극 활물질이 포함된 음극용 슬러리가 도포되지 않아 음극 집전체(21)가 그대로 드러나 있는 음극 무지부가 형성되며, 상기 음극 무지부에는 음극 집전체(21)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈 재질의 박판으로 형성될 수 있는 음극 탭(24)이 접합된다.

상기 음극 탭(24)이 접합되는 부위에는 그 상면으로 보호 부재(24a)가 구비될 수 있다.

상기 음극 집전체(21)로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하며, 본 발명에서 상기 음극 집전체(23a)의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 음극 활물질층의 음극 활물질은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질을 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 음극 활물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.

이와 같이, 상기 음극 및 양극은 각각의 집전체, 예를 들면 음극 집전체 또는 양극 집전체 상에 각각의 활물질, 즉, 음극 활물질 또는 양극 활물질이 코팅되어 이차 전지로서 기능하게 된다.

하지만, 이러한 이차 전지에서는 수십 내지 수백회의 충전 및 방전을 반복하게 되고, 충전과 방전이 반복됨에 따라, 활물질의 열화 등으로 인해, 활물질이 집전체로부터 탈리되어, 전지 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 구조를 설명하기로 한다. 이때, 본 발명에 따른 전지용 집전체는 상술한 바와 같은 음극 집전체 또는 양극 집전체일 수 있으며, 본 발명에서 이차 전지라 함은 충전 및 방전을 반복할 수 있는 모든 종류의 이차 전지를 포함한 개념으로, 예를 들어, 상술한 도 1과 같은 전극조립체를 포함한 이차 전지일 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전지용 집전체를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지용 집전체(100)는 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제1금속메쉬층(110)의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층(120)을 포함한다.

이때, 상기 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제2금속메쉬층(110)의 소재는 상기 집전체가 양극 집전체인지, 또는 음극 집전체인지 여부에 의해 달라질 수 있다.

예를 들어, 상기 상기 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제2금속메쉬층(110)은 상기 집전체가 양극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금을 사용할 수 있고, 상기 집전체가 음극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다.

다만, 본 발명에서는 상기 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제2금속메쉬층(110)이 이차 전지 고유의 집전체의 역할을 하게 되므로, 상기 집전체가 양극 집전체인 경우에 상기 금속메쉬층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것이 바람직하고, 상기 집전체가 음극 집전체인 경우에 상기 금속메쉬층은 구리 또는 구리 합금인 것이 바람직하나, 본 발명에서 상기 금속메쉬층의 재질을 한정하는 것은 아니다.

계속해서, 도 2를 참조하면, 상기 제1금속메쉬층(110)은 복수의 제1금속메쉬패턴(110a) 및 상기 제1금속메쉬패턴 사이에 위치하는 제1홀(110b)을 포함하고, 또한, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)은 일면에 위치하는 광택면(111b) 및 타면에 위치하는 제1거친면(111a)을 포함한다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 제1금속메쉬층(110)의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층(120)을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)은 일면에 위치하는 광택면을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층(120)은 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 광택면에 위치한다.

이때, 상기 제2금속메쉬층(120)은 복수의 제2금속메쉬패턴(120a) 및 상기 제2금속메쉬패턴 사이에 위치하는 제2홀(120b)을 포함하며, 본 발명에서 상기 제2금속메쉬층(120)이 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 광택면에 위치한다 함은, 상기 제2금속메쉬층의 제2금속메쉬패턴(120a)이 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 광택면에 위치하는 것을 의미한다.

즉, 본 발명에 따른 전지용 집전체(100)는 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제1금속메쉬층(110)의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층(120)을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층(110)은 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면(111a)을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층(120)은 복수의 제2금속메쉬패턴(120a)을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴(120a)은 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 광택면에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 제2금속메쉬패턴(120a)은 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 광택면과 접하는 접합면 및 상기 접합면의 타면에 위치하는 제2거친면(121a)을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 전지용 집전체(100)는 제1금속메쉬층(110)의 제1금속메쉬패턴의 타면에 위치하는 제1거친면(111a) 및 상기 제2금속메쉬층(120)의 제2금속메쉬패턴(120a)의 접합면의 타면에 위치하는 제2거친면(121a)을 포함하며, 상기 제1거친면 및 상기 제2거친면을 통해, 활물질의 부착특성을 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 제2금속메쉬층(120)은 상기 제1금속메쉬층(110)과 동일금속 또는 이종금속으로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 제2금속메쉬층(120)의 소재 역시 상기 제1금속메쉬층(110)과 마찬가지로 상기 집전체가 양극 집전체인지, 또는 음극 집전체인지 여부에 의해 달라질 수 있다.

예를 들어, 상기 제2금속메쉬층(120)은 상기 집전체가 양극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금을 사용할 수 있고, 상기 집전체가 음극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 구리, 크롬, 코발트, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다.

다만, 본 발명에서는 상기 제2금속메쉬층(120)이 이차 전지 고유의 집전체의 역할을 하게 되므로, 상기 집전체가 양극 집전체인 경우에 상기 금속메쉬층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것이 바람직하고, 상기 집전체가 음극 집전체인 경우에 상기 금속메쉬층은 구리 또는 구리 합금인 것이 바람직하나, 본 발명에서 상기 금속메쉬층의 재질을 한정하는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 일반적인 구조의 이차 전지에서는 수십 내지 수백회의 충전과 방전이 반복됨에 따라, 활물질의 열화 등으로 인해, 활물질이 집전체로부터 탈리되어, 전지 효율이 저하되게 된다. 또한, 집전체의 구조가 금속박의 일면 또는 양면에 활물질을 도포하게 되므로, 단위 면적당의 전지 용량을 향상시키기 위해 활물질의 도포 두께가 두꺼워지도록 설정되어 있었다.

하지만, 본 발명에서는 제1금속메쉬층(110)의 제1금속메쉬패턴의 타면에 위치하는 제1거친면(111a) 및 상기 제2금속메쉬층(120)의 제2금속메쉬패턴(120a)의 접합면의 타면에 위치하는 제2거친면(121a)을 통해, 금속메쉬층과 활물질의 접촉 면적이 증가됨으로써, 집전체로부터 활물질이 탈리되는 것을 억제하여, 전지의 사이클 수명특성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 본 발명에 따른 전지용 집전체를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조장치의 메쉬형음극드럼을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 3b는 상기 메쉬형음극드럼의 일부를 도시한 단면도이며, 도 3c는 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조용 연속전주장치를 도시하는 개략적인 구성도이고, 도 3d는 본 발명에 따른 제1금속메쉬의 제조방법을 도시하는 공정 흐름도이다.

먼저, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조장치의 메쉬형음극드럼(40)은 회전 가능하도록 중심이 되는 회전축(41b)과 상기 회전축(41b)을 감싸면서 일정한 폭을 가지는 원통형 드럼(41a)을 포함한다.

이때, 상기 회전축(41b)의 일측 단부에는 상기 드럼(41a)이 회전되도록 회전력을 제공하는 모터와 연결되는 체인이 결합될 수 있다.

한편, 상기 드럼(40)의 표면에는 제조하고자 하는 형상의 메쉬(42)가 형성된다. 이때, 상기 메쉬(42)는 대략 육각형이 여러 개 연결되는 망(網) 형상으로 형성되어 마치 벌집 형태로 구성될 수 있으며, 다만, 상기 메쉬의 형상은 사각형, 삼각형, 오각형 등일 수 있고, 따라서, 본 발명에서 상기 메쉬의 형상을 한정하는 것은 아니다.

상기 메쉬(42)는 도금하고자 하는 전해액의 성분에 따라 단일금속 또는 합금(合金)으로 구성할 수 있으며, 직접 상기 원통형 드럼(41a) 표면을 가공함으로써 원통형 드럼(41a)과 일체로 형성되도록 하여 사용하거나, 금속와이어로 실을 짜듯이 엮어서 형성되는 직조형(Weaving type) 또는 배치형(Batch type)으로 가공되는 메쉬(50)를 상기 원통형 드럼(41a)의 표면에 부착함으로써 사용할 수 있다.

계속해서, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 메쉬(42)와 메쉬(42)의 사이 공간에는 절연층(43)이 위치하며, 상기 절연층은 에폭시 수지, 테프론계 수지 또는 불소수지 등의 플라스틱 수지일 수 있다.

이때, 메쉬와 메쉬의 사이 공간에 절연층(43)을 형성하는 것은, 상술한 바와 같은 원통형 드럼(41a)의 표면에 제조하고자 하는 형상의 메쉬(42)를 형성한 뒤, 공지된 스프레이법 또는 증착법에 의해 절연재 물질을 도포하고, 공지된 화학적 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 그 단면을 평탄화하여 형성할 수 있다.

이후, 상기 메쉬형음극드럼(40)을 통해, 전주공정에 의해 메쉬형음극드럼의 표면의 메쉬(42)에 금속메쉬층(미도시)을 형성하고, 상기 금속메쉬층(미도시)을 박리시켜, 전주공정에 의해 금속메쉬를 형성할 수 있다.

한편, 상기 메쉬형음극드럼은 전주마스터에 해당하는 것으로, 본 발명에서 전주마스터는 전주공정에 의해 금속메쉬층을 형성할 수 있도록, 제조하고자 하는 금속메쉬층의 형상과 대응되는 형상의 메쉬를 포함하는 모든 부재를 통칭하며, 도 3a에서와 같이 드럼형일 수 있고, 이와는 달리, 평판형일 수 있으며, 따라서, 본 발명에서 상기 전주공정을 위한 전주 마스터는 드럼형 또는 평판형일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전주 마스터는 베이스 판 및 상기 베이스 판 상에 형성되고, 제조하고자 하는 금속메쉬층의 형상과 대응되는 형상의 메쉬를 포함하며, 상기 베이스 판의 형상이 드럼형인 경우, 본 발명에 따른 전주 마스터는 드럼형일 수 있고, 상기 베이스 판의 형상이 평판형인 경우, 본 발명에 따른 전주 마스터는 평판형일 수 있음을 의미한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 메쉬형음극드럼을 통해 제1금속메쉬층을 형성하는 것을 설명하기로 한다.

도 3c를 참조하면, 본 발명에 따른 제1금속메쉬 제조용 연속전주장치는 도금하고자 하는 전해액을 수용하는 전해조(34)와, 상기 전해조(34)의 전해액에 일부분이 침지(沈漬)되도록 설치되어 인가되는 전원으로 회전하는 메쉬형음극드럼(40)과, 상기 전해조(34)의 전해액에 완전히 침지되도록 설치되어 상기 메쉬형음극드럼(40)과 대응되는 형상으로 형성되며 일정한 거리를 유지하는 양극바스켓(31)을 포함할 수 있다.

상기 전해액은 본 발명에 따른 제1금속메쉬층을 형성하기 위하여, 제조하고자 하는 집전체가 양극 집전체인지, 또는 음극 집전체인지 여부에 의해 달라질 수 있다.

예를 들어, 상기 전해액은 상기 집전체가 양극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 집전체가 음극 집전체인 경우에는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄, 철, 카본, 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 상기 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.

계속해서, 도 3c를 참조하면, 상기 전해조(34)는 중앙 하면이 하방향으로 천공된 반원통 형상을 가지며, 이러한 전해조(34)에는 메쉬형음극드럼(40)의 표면에 도금하고자 하는 전해액이 수용될 수 있다.

또한, 상기 전해조(34)의 하부에는 전해조(34)에서 흘러 넘치는 전해액을 수용하는 보조탱크(30)가 형성되어 전해액이 수용되는 구조는 전해조(34)와 보조탱크(30)의 이중구조로 구성될 수 있다.

따라서, 상기 전해조(34)에는 회전하는 메쉬형음극드럼(40)의 일부분 즉, 절반 정도가 침지(沈漬)되어, 후술할 전해액분사유로(32)에서 분사되는 전해액으로 상기 전해조(34)의 전해액이 교반(攪拌)되고, 이러한 전해액분사유로(32)의 전해액 분사에 의해 전해액이 교반되면서 상기 전해조(34)를 흘러 넘치는 전해액은 상기 보조탱크(30)에 수용되도록 구성된다.

상기 전해조(34)에는 전해액에 절반 정도 침지되어 회전하는 메쉬형음극드럼(40)이 설치된다.

상기 메쉬형음극드럼(40)은 인가되는 전원의 음극(-)에 연결되며, 회전 가능하도록 중심이 되는 회전축(41b)과 상기 회전축(41b)을 감싸면서 일정한 폭을 가지는 원통형 드럼(41a)으로 형성될 수 있다.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 회전축(41b)의 일측 단부에는 정류기로부터 음극(-)이 공급되도록 하는 전원공급장치가 구비되고, 타측 단부에는 상기 원통형드럼(41a)이 회전되도록 회전력을 제공하는 모터가 결합될 수 있다.

따라서, 상기 모터에 전원이 인가되어 회전동력이 발생되면 이러한 회전동력은 상기 회전축(41b)으로 전달되어 상기 원통형 드럼(41a)을 회전시키게 된다.

한편, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 원통형 드럼(41a)의 표면에는 제조하고자 하는 제1금속메쉬에 구비되는 다수의 제1홀(도 2a의 110b)과 대응되는 형상의 메쉬(42)가 형성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 상기 메쉬(42)는 대략 육각형이 여러 개 연결되는 망(網) 형상으로 형성되어 마치 벌집 형태로 구성될 수 있다.

이는 도 3a에서 설명한 바를 참조하기로 하며, 따라서, 이하, 메쉬형음극드럼의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 메쉬형음극드럼(40)의 하부에는 불용성 양극(+) 또는 납(Pb)으로 형성되는 양극바스켓(31)이 설치된다.

상기 양극바스켓(31)은 상기 전해조(34)의 전해액에 완전히 침지되고 상기 메쉬형음극드럼(40)과 대응되도록 절반이 절개된 원호형상으로 형성되어 일정한 거리를 유지하도록 설치된다.

상기 양극바스켓(31) 내측에는 상기 전해조(34)의 전해액과 동일한 성분의 금속클러스터(Cluster)(33)가 수용될 수 있다.

상기 금속클러스터(33)는 양극바스켓(31)의 내측에서 전해조(34) 내부로 이탈되지 않도록 하는 이탈방지망으로 싸여져 보관된다.

또한, 상기 금속클러스터(33)는 상기 전해조(34)의 전해액과 동일한 성분의 금속 덩어리로 전해조(34)의 전해액에 용해됨으로써 상기 원통형 드럼(41a)의 표면에 도금되는 전해액의 양과 농도를 맞추는 역할을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 양극바스켓(31)에 전류가 인가되면 상기 금속클러스터(33)로부터 용해된 양(+)이온들은 상기 원통형 드럼(41a)의 표면으로 이동하여 접착됨으로써 도금된다.

상기 전해조(34)의 하단부, 보다 상세하게는 상기 양극바스켓(31)의 하단 중앙에는 상기 전해조(34)의 전해액이 교반되도록 전해액을 분사하는 전해액분사유로(32)가 형성될 수 있으며, 상기 전해액분사유로(32)는 내부가 상기 전해조(34) 내부와 연통되며 길이가 긴 원통형의 플라스틱 파이프로 형성될 수 있다.

따라서, 상기 전해액분사유로(32)를 통해 상기 전해조(34) 내부로 전해액을 분사하여 공급하게 되면 상기 전해조(34) 내부의 전해액은 교반되며, 상기 메쉬형음극드럼(40)에서 발생되는 수소(H2)가스를 원활하게 제거할 수 있게 된다.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 연속전주장치에는 순환-필터링수단이 더 구비될 수 있으며, 상기 순환-필터링수단은 보조탱크(30) 내부의 전해액을 상기 전해조(34)로 순환시키면서 전해액 중의 이물을 제거하는 역할을 수행할 수 있으며, 다만, 이는 일반적인 구성이므로 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

계속해서, 도 3c를 참조하면, 상기 메쉬형음극드럼(40)의 우측상부에는 원통형 드럼(41a)의 외주면에 도금되는 금속메쉬(50)를 박리(剝離)하기 위한 가이드롤러(51)가 구비되고, 상기 금속메쉬(50)의 표면을 세정하기 위한 세정조(60)가 구비될 수 있다.

상기 세정조(60)의 우측에는 권취롤러(70)가 구비될 수 있으며, 상기 권취롤러(70)는 세정조(60)를 경유하면서 세정된 금속메쉬(50)를 연속적으로 권취할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는 금속메쉬 제조용 연속전주장치를 통해 금속메쉬층을 형성할 수 있으며, 형성된 금속메쉬층은 상술한 바와 같은 집전체의 제1금속메쉬층으로 사용이 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 제1금속메쉬층은 금속메쉬 제조용 연속전주장치를 통해 형성할 수 있다.

이하, 도 3d를 참조하여, 상기 금속메쉬 제조용 연속전주장치를 이용하여 상기 제1금속메쉬를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 인가되는 전원에 의해 상기 전해조(34)의 전해액에 전기가 통전(通電)되게 하여 전기분해가 일어나도록 하고, 상기 전해액분사유로(32)에 의해 전해액을 상기 전해조(34)에 분사함으로써 전해액을 교반시키는 전해액교반단계(S10)가 진행된다. 다만, 본 발명에서 상기 전해액교반단계는 선택적인 사항으로, 경우에 따라 생략되어도 무방하다.

그리고, 상기 전해액교반단계(S10)가 진행된 다음에는 상기 전해조(34) 내부에 설치된 메쉬형 음극드럼(40)을 회전시키는 드럼회전단계(S20)를 실시하게 된다. 이때, 상기 드럼회전단계의 경우, 전주 마스터가 드럼형일 경우에 해당하는 단계이며, 전주 마스터가 평판형일 경우 생략될 수 있다.

이후 전해액에 녹아있는 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질, 예를 들면, 구리(Cu)나 니켈(Ni)을 메쉬의 상면에 전착시켜 금속메쉬층을 형성하는 전착단계(S30)를 실시하게 된다.

상기 전착단계(S30)에서의 전류밀도는 0.1 내지 30 mA/㎠일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 전류밀도의 범위를 제한하는 것은 아니며, 전착을 하고자 하는 물질에 따라, 그 전류밀도를 상이하게 할 수 있다.

예를 들어, 상기한 전류밀도의 범위 중에서 0.1 내지 1 mA/㎠의 범위는 상기 구리(Cu)의 전착이 활발히 발생되는 범위일 수 있으며, 3 내지 15 mA/㎠의 범위는 상기 니켈(Ni)의 전착이 활발히 발생되는 범위일 수 있다.

또한, 금속메쉬층의 전착이 상기한 전류밀도의 범위에서 보다 활발하게 전착될 수 있도록 하기 위해 상기 전해액의 일정 온도 범위 내에서 실시됨이 바람직하다.

예를 들어, 상기 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)은 전해액의 온도가 10 내지 50℃ 일 때 전착이 활발하게 진행될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 전해액의 온도를 한정하는 것은 아니다.

상기한 조건에 따라 전착단계(S30)가 완료된 이후에는 상기 메쉬형음극드럼(40)의 외면, 보다 구체적으로는 메쉬(도 3b의 42)의 상부에 금속메쉬층이 형성된다.

상기 전착단계(S30)가 진행된 이후에는, 상기 메쉬형음극드럼(40)의 외면, 구체적으로 메쉬로부터 금속메쉬층을 박리하는 전착층박리단계(S40)가 이어지게 된다.

상기 전착층박리단계(S40)는 상기 메쉬형음극드럼(40)의 외면에 붙어 있던 금속메쉬층이 상기 가이드롤러(51)의 회전에 의해 상부 우측으로 안내되면서 진행된다.

보다 구체적으로, PET, PC, PMMA 등과 같은 보호필름(미도시)에 접착제를 도포하여, 이를 상기 메쉬형음극드럼의 표면의 메쉬에 형성된 금속메쉬층의 상부에 라미네이션한 후, 상기 보호필름(미도시) 및 금속메쉬층을 동시에 박리하여, 전주공정에 의해 금속메쉬(50)를 형성할 수 있다.

도 6a는 본 발명에 따른 금속메쉬층의 거친면(111a, 121a)을 확대도시한 실사진이고, 도 6b는 본 발명에 따른 금속메쉬층의 광택면(111b)을 확대도시한 실사진이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 전착단계(S30)에서 생성되는 금속메쉬층의 일측 표면은, 전해액 속에 잠긴 음극드럼(40)의 외면 방향으로 수직하여 금속의 성장이 이루어지므로 표면이 거친면(111a)를 형성하게 된다. (도 6a 참조)

반면, 상기 금속메쉬층의 타측 표면, 즉 음극드럼(40) 표면에서는 금속의 전착이 이루어지지 않으므로 전착층박리단계(S40)에서 박리된 금속메쉬층의 타측 표면은 광택면(111b)을 형성하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예와 같이 일측면은 거친면(111a)을 타측면은 광택면(111b)을 포함하는 제1금속메쉬층이 형성되게 된다. (도 6b 참조)

상기 전착층박리단계(S40) 이후에는 상기 메쉬형음극드럼(40)으로부터 분리된 금속메쉬(50)를 세정조(60) 내부로 침지시켜 수세하는 전착층수세단계(S50)가 진행되며, 상기 전착층수세단계(S50)를 거쳐 수세된 금속메쉬(50)는 권취롤러(70)로 이송되면서 권취되어 금속메쉬권취단계(S60)가 수행된다.

상기한 모든 단계가 완료되면 상기 금속메쉬(50)는 권취롤러(70)에 권취된 상태로 보관이 가능하며, 필요에 따라 요구되는 길이 및 형상만큼 절단함으로써 다양한 분야에 적용 가능함은 물론이다.

한편, 전착층박리단계에 있어서, 상기에서는 보호필름(미도시)에 접착제를 도포하여, 이를 상기 메쉬형음극드럼의 표면의 메쉬에 형성된 금속메쉬층의 상부에 라미네이션한 후, 상기 보호필름(미도시) 및 금속메쉬층을 동시에 박리하여, 전주공정에 의해 금속메쉬(50)를 형성함을 도시하였으나, 이와는 달리, 별도의 보호필름 없이 메쉬형음극드럼의 메쉬로부터 금속메쉬층만을 분리하는 것도 가능하며, 이 경우, 금속메쉬층의 두께가 얇아 공정상 취급이 어려우므로, 상기 전착층수세단계(S50)를 거쳐 수세된 금속메쉬(50)를 별도의 보호필름에 부착하여 사용할 수도 있을 것이다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 제1금속메쉬층의 단면도이다.

본 발명의 실시예에서 상기 제1금속메쉬층의 두께(d2)는 1 ~ 500㎛ 이고, 상기 제1금속메쉬층의 폭(d1)은 1 ~ 500㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제1금속메쉬층의 금속메쉬 패턴과 금속메쉬 패턴간의 간격(d3), 즉, 금속메쉬 패턴의 사이에 위치하는 홀의 크기는 1㎛ ~ 300㎛ 이고, 상기 제2금속메쉬층(d4)의 두께는 1 ~ 100㎛ 일 수 있다. 다만 본 발명에서 이들의 수치를 한정하는 것은 아니다.

이상과 같이, 본 발명에서는 금속메쉬 제조용 연속전주장치를 통해 금속메쉬층(50)을 형성할 수 있으며, 형성된 금속메쉬층은 상술한 바와 같은 집전체의 제1금속메쉬층(110)으로 사용이 가능하다.

한편, 상술한 바와 같이, 연속전주장치를 통해 제조되는 금속메쉬층은 일측 표면은 금속의 성장이 이루어지므로 표면이 거친면(111a)를 형성하게 되나, 상기 금속메쉬층의 타측 표면은 광택면(111b)을 형성하게 된다.

이러한 광택면(111b)은 활물질이 부착시 탈리가 용이하게 발생할 수 있으므로, 따라서, 본 발명에서는 상기 광택면에 상술한 바와 같은 제2금속메쉬층을 형성하는 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 제2금속메쉬층을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.

도 5a는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 제2금속메쉬층을 제조하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 전지용 집전체의 제2금속메쉬층을 제조하는 방법을 도시하는 공정 흐름도이다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 도 3a 내지 도 3d를 통해 상술한 바와 같은 금속메쉬 제조장치를 통해 제조된 권취롤러(70)를 제공하여 제1금속메쉬층을 준비하도록 한다(S100).

이때, 상술한 바와 같이, 상기 준비되는 제1금속메쉬층은 제1금속메쉬 패턴 및 제1금속메쉬 패턴 사이의 제1홀을 포함할 수 있으며, 이는 상술한 바와 같으므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 제1금속메쉬층을 전처리 한다(S110).

상기 전처리는 일반적인 화학적 전처리법일 수 있으며, 상기 화학적 전처리법은 산세 및 탈지와 같이, 산성 또는 알카리성 용액에 대상재, 즉 금속메쉬층을 침지시키거나, 이러한 용액을 대상재에 분무하여 금속재 표면의 기름, 오염물, 및 불순물 등을 제거하는 방법일 수 있다.

본 발명에서 상기 전처리는 전처리 용액이 수용된 전처리용 수조(311)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의한 화학적 전처리법일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 전처리하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 전처리 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 전처리된 상기 제1금속메쉬층을 수세하는 제1수세단계를 거친다(S120).

상기 제1수세단계는 전처리 공정에서 사용된 전처리 용액 등을 제거하기 위한 공정으로, 수세 용액이 수용된 제1수세용 수조(312)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 수세하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 제1수세 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 상기 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성한다(S130).

상기 제2금속메쉬층은 도금액을 포함하는 도금용 수조(313)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의해 공지된 전해도금법 또는 무전해도금법 등을 통해 형성할 수 있다. 이때, 상기 도 5a에 도금용 수조(313)에 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의한 제2금속메쉬층의 형성 시에는 상기 제1금속메쉬층의 전체 표면에 제2금속메쉬층이 형성될 수 있다.

다만, 본 발명에서 상기 제2금속메쉬층의 형성방법을 도금법으로 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기 제1금속메쉬층(110)의 표면에 제2금속메쉬층(120)을 형성하기 위해, 본 발명의 도 5a에 도시한 도금법뿐만 아니라 침적(沈積), 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 등의 방법으로 형성하는 것도 가능하다.

이와 같이, 상기 S130 단계에 의해, 상기 제1금속메쉬층 및 제2금속메쉬층을 포함하는, 금속메쉬형 집전체(100)가 제조될 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 제조된 상기 제1금속메쉬층 표면에 형성된 상기 제2금속메쉬층의 두께(d4)는 1 ~ 100㎛ 일 수 있다. 다만 본 발명에서 이들의 수치를 한정하는 것은 아니다.

이때, 상기 제2금속메쉬층(120)의 두께(d4)는 상기 도금용 수조(313)에 제1금속메쉬층이 침지되는 시간 또는 도금액 농도에 따라 달라지며, 또한 상기한 도금법 외에, 침적, 에칭, 도장, 인쇄, 증착 등 여러가지 코팅 방법에 따라 두께가 다르게 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 제2금속메쉬층이 형성된 금속메쉬형 집전체를 수세하는 제2수세단계를 거친다(S140).

상기 제2수세단계는 제2금속메쉬층 형성 공정에서 사용된 도금 용액 등을 수세하기 위한 공정으로, 수세 용액이 수용된 제2수세용 수조(314)에 상기 집전체를 침지시키는 방법에 의할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 수세하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 제2수세 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 상기 금속메쉬형 집전체를 건조하는 단계를 거친다(S150).

상기 건조 단계는 열풍건조로(315)에서 진행되는 열풍건조일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 건조 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 건조 공정은 생략할 수 있다.

이때, 상기 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층이 증착됨에 있어, 제1금속메쉬층과 제2금속메쉬층의 접착특성을 향상시키기 위해, 일정온도를 가하는 것이 바람직하며, 상기 일정온도는 150 ~ 500℃ 일 수 있다.

상기 제조된 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체는 건조되어 연속공정에 의해 권취롤러(300)로 이송되면서 권취되는 금속메쉬권취단계(S160)가 수행된다.

이로써, 본 발명에 따른 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체를 제조할 수 있다.

한편, 상기 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체는 제1금속메쉬층 및 제2금속메쉬층이 연속공정에 의해 생성될 수도 있다.

이하에서는, 제1금속메쉬층(110) 및 제2금속메쉬층(120)을 포함하는 전지용 집전체(100)를 연속공정에 의해 한 번에 제조하는 방법을 설명하기로 한다.

도 7a는 제1금속메쉬층 및 제2금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 7b는 도 그 제조방법을 도시하는 공정 흐름도이다.

다만, 도 7a 및 도 7b에 도시한 연속공정에 의한 전지용 집전체의 제조방법은 후술하는 바를 제외하고는, 상술한 제1금속메쉬의 제조방법 및 제2금속메쉬의 제조방법과 동일할 수 있다.

먼저, 도 7a를 참조하면, 본 발명의 연속공정에 의한 전지용 집전체의 제조방법에서는 상기 제1금속메쉬 제조용 연속전주장치 및 제2금속메쉬 제조용 도금조가 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 금속메쉬를 포함하는 전지용 집전체를 제조할 수 있다.

먼저, 인가되는 전원에 의해 상기 전해조(34)의 전해액에 전기가 통전(通電)되게 하여 전기분해가 일어나도록 하고, 상기 전해액분사유로(32)에 의해 전해액을 상기 전해조(34)에 분사함으로써 전해액을 교반시키는 전해액교반단계(S200)가 진행된다.

다음으로, 상기 전해조(34) 내부에 설치된 메쉬형 음극드럼(40)을 회전시키는 드럼회전단계(S210)를 실시하게 된다. 이때, 상기 드럼회전단계의 경우, 전주 마스터가 드럼형일 경우에 해당하는 단계이며, 전주 마스터가 평판형일 경우 생략될 수 있다.

이후 전해액에 녹아있는 전해액에 녹아있는 니켈, 구리, 코발트, 크롬, 티탄, 철, 카본, 은 또는 이들의 합금 중 적어도 어느 하나의 물질, 예를 들면, 구리(Cu)나 니켈(Ni)을 메쉬의 상면에 전착시켜 금속메쉬층을 형성하는 전착단계(S220)를 실시하게 된다.

상기 전착단계(S220)가 진행된 이후에는, 상기 메쉬형음극드럼(40)의 외면, 구체적으로 메쉬로부터 금속메쉬층을 박리하는 전착층박리단계(S230)가 이어지게 된다.

상기 전착층박리단계(S230)는 상기 메쉬형음극드럼(40)의 외면에 붙어 있던 금속메쉬층이 상기 가이드롤러(51)의 회전에 의해 상부 우측으로 안내되면서 진행되며, 이에 따라 전주공정에 의한 제1금속메쉬(110)를 형성할 수 있다.

한편, 상기 전착단계(S220)에서 생성되는 금속메쉬층의 일측 표면은, 전해액 속에 잠긴 음극드럼(40)의 외면 방향으로 수직하여 금속의 성장이 이루어지므로 표면이 거친면(111a)를 형성하게 된다.

반면, 상기 금속메쉬층의 타측 표면, 즉 음극드럼(40) 표면에서는 금속의 전착이 이루어지지 않으므로 전착층박리단계(S230)에서 박리된 금속메쉬층의 타측 표면은 광택면(111b)을 형성하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예와 같이 일측면은 거친면(111a)을 타측면은 광택면(111b)을 포함하는 제1금속메쉬층이 형성되게 된다.

계속해서, 상기 박리된 제1금속메쉬(110)가 이송되어 전처리 단계를 거치게 된다(S240).

상기 전처리는 일반적인 화학적 전처리법일 수 있으며, 상기 화학적 전처리법은 산세 및 탈지와 같이, 산성 또는 알카리성 용액에 대상재, 즉 금속메쉬층을 침지시키거나, 이러한 용액을 대상재에 분무하여 금속재 표면의 기름, 오염물, 및 불순물 등을 제거하는 방법일 수 있다.

본 발명에서 상기 전처리는 전처리 용액이 수용된 전처리용 수조(311)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의한 화학적 전처리법일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 전처리하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 전처리 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 전처리된 상기 제1금속메쉬층을 수세하는 제1수세단계를 거친다(S250).

상기 제1수세단계는 전처리 공정에서 사용된 전처리 용액 등을 제거하기 위한 공정으로, 수세 용액이 수용된 제1수세용 수조(312)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 수세하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 제1수세 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 상기 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성한다(S2600).

상기 제2금속메쉬층은 도금액을 포함하는 도금용 수조(313)에 상기 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의해 공지된 전해도금법 또는 무전해도금법 등을 통해 형성할 수 있다. 이때, 상기 제2금속메쉬층(120)의 두께(d4)는 상기 도금용 수조(313)에 제1금속메쉬층이 침지되는 시간 또는 도금액 농도에 따라 달라지며, 또한 상기한 도금법 외에, 침적, 에칭, 도장, 인쇄, 증착 등 여러가지 코팅 방법에 따라 두께가 다르게 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 제2금속메쉬층이 형성된 금속메쉬형 집전체를 수세하는 제2수세단계를 거친다(S270).

상기 제2수세단계는 제2금속메쉬층 형성 공정에서 사용된 도금 용액 등을 수세하기 위한 공정으로, 수세 용액이 수용된 제2수세용 수조(314)에 상기 집전체를 침지시키는 방법에 의할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 수세하는 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 제2수세 공정은 생략할 수 있다.

다음으로, 상기 금속메쉬형 집전체를 건조하는 단계를 거친다(S280).

상기 건조 단계는 열풍건조로(315)에서 진행되는 열풍건조일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 건조 방법을 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라, 상기 건조 공정은 생략할 수 있다.

상기 제조된 금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체는 건조되어 연속공정에 의해 권취롤러(300)로 이송되면서 권취되는 금속메쉬권취단계(S290)가 수행된다.

이로써, 본 발명에 따른 제1금속메쉬 층 및 제2금속메쉬층을 포함하는 전지용 집전체를 제조할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른예에 따른 전지용 집전체를 도시하는 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른예에 따른 전지용 집전체(100')는 제1금속메쉬층(110) 및 상기 제1금속메쉬층(110)에 위치하는 제2금속메쉬층(120)을 포함하며, 상기 제1금속메쉬층(110)은 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴(110a)은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면(111a)을 포함하며, 상기 제2금속메쉬층(120)은 복수의 제2금속메쉬패턴(120a')을 포함하고, 상기 제2금속메쉬패턴(120a')은 상기 제1금속메쉬패턴(110a)의 전체면에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 상기 제2금속메쉬층을 형성하는 방법은 도금법, 침적(沈積), 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 등의 방법으로 형성하는 것이 가능하다.

이때, 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 등의 방법을 이용하여 제2금속메쉬층을 형성하는 경우, 상술한 도 2에서와 같이, 제1금속메쉬층의 일면(광택면)에만 제2금속메쉬층이 형성될 수 있으나, 도금법 또는 침적(沈積)을 이용하여 제2금속메쉬층을 형성하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1금속메쉬패턴(110a)의 전체면에 제2금속메쉬패턴(120a')을 형성할 수 있다.

예를 들어, 상기 도 5a의 도금용 수조(313)에 제1금속메쉬층을 침지시키는 방법에 의한 제2금속메쉬층의 형성 시에는 상기 제1금속메쉬층, 즉, 제1금속메쉬패턴의 전체 표면에 제2금속메쉬패턴이 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 복수의 제1금속메쉬 패턴(110a) 사이에 홀(120b')의 영역에 위치하는 제1금속메쉬 패턴(110a)의 측면을 포함하는 제1금속메쉬 패턴(110a)의 전체면에 제2거친면(121a')을 형성할 수 있기 때문에, 활물질이 부착될 수 있는 집전체의 단위 면적당의 표면적이 커지게 되므로, 더욱더 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.

따라서, 활물질이 집전체의 홀 사이로 도포되므로, 집전체에 도포되는 활물질의 두께를 줄이면서도 활물질과의 접촉 면적이 커지게 되어, 집전체의 전체 두께가 감소하므로 전지의 고용량화가 가능하다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 상기 집전체는 메쉬 구조이므로 휘어짐이 용이해 제조성능이 향상되면서도, 홀 사이로 스며든 활물질이 상호 결합하여 집전체와의 결합력이 증가하게 된다.

또한, 금속메쉬층의 표면이 거친면을 포함하므로 표면거칠기가 증가하여 활물질의 보존접착력이 향상되어 장기간 충방전에 따른 전지 수명이 현저히 증가될 수 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 제1금속메쉬층; 및
   상기 제1금속메쉬층의 일면에 위치하는 제2금속메쉬층을 포함하며,
   상기 제1금속메쉬층은 복수의 제1금속메쉬패턴을 포함하고, 상기 복수의 제1금속메쉬패턴은 일면에 위치하는 광택면 및 타면에 위치하는 제1거친면을 포함하며,
   상기 제2금속메쉬층은 복수의 제2금속메쉬패턴을 포함하고,
   상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 전체면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2금속메쉬패턴은, 상기 복수의 제1금속메쉬 패턴 사이의 홀의 영역에 위치하는 제1금속메쉬 패턴의 측면을 포함하는 제1금속메쉬 패턴의 전체면에 제2거친면을 포함하는 전지용 집전체.
5. 복수의 제1금속메쉬패턴 및 상기 제1금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제1홀을 포함하고, 상기 제1금속메쉬패턴의 일면에 제1거친면 및 이면에 광택면을 포함하는 제1금속메쉬층을 제공하는 단계; 및
   복수의 제2금속메쉬패턴 및 상기 제2금속메쉬패턴의 사이에 위치하는 제2홀을 포함하고, 상기 광택면 상에 제2거친면을 포함하는 제2금속메쉬층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
   상기 제2금속메쉬패턴은 상기 제1금속메쉬패턴의 전체면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지용 집전체의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1금속메쉬층을 제공하는 단계는,
   제조하고자 하는 제1금속메쉬층의 형상과 대응되는 형상의 메쉬를 포함하는 전주마스터를 제공하는 단계;
   상기 메쉬의 상면에 제1금속메쉬를 전착하는 전착단계; 및
   상기 제1금속메쉬를 상기 메쉬로부터 박리하는 전착층 박리단계;를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는,
   상기 제공된 제1금속메쉬층의 불순물을 제거하는 전처리단계;
   상기 전처리된 제1금속메쉬층을 수세하는 제1수세단계;
   상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계;
   상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 수세하는 제2수세단계;
   상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 건조하는 단계; 및
   상기 제2금속메쉬층이 형성된 집전체를 권취하는 단계를 포함하는 전지용 집전체의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 수세된 제1금속메쉬층 상에 제2금속메쉬층을 형성하는 단계는,
   도금, 침적(沈積), 에칭(etching), 도장(粉體), 인쇄(印刷), 증착(蒸着) 중 어느 한 가지 이상의 방법으로 이루어지는 전지용 집전체의 제조방법.

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