KR101794625B1 - 리튬 박막 제조 장치 및 이를 이용한 이차전지용 음극의 제조방법 - Google Patents

리튬 박막 제조 장치 및 이를 이용한 이차전지용 음극의 제조방법 Download PDF

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Abstract

비활성 기체로 충진된 챔버 내부에서 금속 스트립의 표면에 리튬 코팅층을 형성하는 리튬 박막 제조 장치에 있어서, 용융 리튬이 수용되고, 하부에 금속 스트립이 인입되는 개구를 가지는 용해조; 상기 용해조 상부에 서로 대향 배치되고, 상기 용해조로부터 인출되는 금속 스트립에 열을 가해 용융 리튬의 부착량을 제어하는 가열부; 및 상기 가열부를 통과한 금속 스트립을 한 쌍의 롤에 의해 압연하여 표면을 균질화하는 압연부;를 포함하고, 상기 용해조의 개구는 상기 용해조 내부로 함몰되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 박막 제조 장치와 이를 이용한 리튬 이차전지용 음극의 제조방법이 개시된다.

Description

리튬 박막 제조 장치 및 이를 이용한 이차전지용 음극의 제조방법{LITHIUM THIN FILM FABRICATING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING NEGATIVE ELECTRODE OF LITHIUM SECONDARY BATTERY BY USING SAME}
본 발명은 리튬 박막 제조 장치 및 이를 이용한 이차전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰 등 소형 모바일 전자제품이 다양한 기능을 탑재하고 고성능화되는 추세에 있으며, 아울러 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차 등이 상용화됨에 따라 대형 전력 공급원의 필요성이 크게 증가하였다. 이러한 요구에 부응하도록 기존 리튬 이차전지의 성능을 획기적으로 개선하기 위하여 음극재, 양극재, 분리막 및 전해질 등의 핵심 소재의 개발이 시급한 실정이다.
이 중에서도 신규한 음극재의 개발은 전지의 비용량을 증가시켜 고에너지 밀도의 리튬 이차전지의 개발로 귀결될 수 있으므로 매우 중요하다.
이러한 배경을 바탕으로 음극재의 소재를 기존 카본에서 금속으로 바꾸려는 시도가 이어져 오고 있으며, 특히 리튬을 음극재로 사용하고자 하는 시도가 주류를 이루고 있다.
현재 널리 알려진 방법으로는 다음의 두가지를 들 수 있다.
먼저, 구리 박막(Cu foil)과 리튬 박막(Li foil)을 각각 준비하고, 이들을 적층한 후 코-롤링(co-rolling)하여 음극재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 그런데, 이 방법은 20μm 수준의 리튬 극박재가 필요하기 때문에 제조 비용이 매우 높아 경제성이 낮고, 구리 박막과 리튬 박막 간 결합력이 약해 쉽게 박리가 일어나며, 코-롤링 과정에서 표면의 형상 및 상태를 균등하게 유지하기 어려운 문제를 가진다.
다음으로, 구리 박막(Cu foil) 상에 진공증착방법(thermal evaporation)에 의해 리튬을 형성하여 음극재를 제조하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 수 μm 수준의 박막을 형성하는 데는 유리하지만, 증착 과정에서 리튬의 손실이 40%에 달할 정도로 매우 크며, 10~20μm 급의 리튬 후막 제조시 표면 상태가 균일하지 못해 표면 특성이 열위하게 나타나는 문제를 가진다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 경제성이 우수하고 박막의 표면 특성이 우수한 리튬 박막 제조 장치와 이를 이용한 이차전지용 음극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 비활성 기체로 충진된 챔버 내부에서 금속 스트립의 표면에 리튬 코팅층을 형성하는 리튬 박막 제조 장치에 있어서, 용융 리튬이 수용되고, 하부에 금속 스트립이 인입되는 개구를 가지는 용해조; 상기 용해조 상부에 서로 대향 배치되고, 상기 용해조로부터 인출되는 금속 스트립에 열을 가해 용융 리튬의 부착량을 제어하는 가열부; 및 상기 가열부를 통과한 금속 스트립을 한 쌍의 롤에 의해 압연하여 표면을 균질화하는 압연부;를 포함하고, 상기 용해조의 개구는 상기 용해조 내부로 함몰되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 박막 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용융 리튬의 계면 장력에 의해 상기 용융 리튬을 개구부 상부로 밀어올리는 힘이 상기 개구부 상부에 위치한 용융 리튬의 하중에 의해 상기 용융 리튬을 개구부 하부로 밀어내리는 힘보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개구의 폭은 1~2mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용해조 인입 전 금속 스트립을 예열하는 예열부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용해조 인입 전 금속 스트립의 표면을 산세하는 산세부; 및 상기 산세부를 통과한 금속 스트립의 표면을 건조하는 건조부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용해조의 하부에 배치되어, 상기 용해조 인입 전 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제1 가이드 롤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열부 상부에 배치되어, 상기 가열부를 통과한 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제2 가이드 롤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 스트립은 구리(Cu) 포일일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 장치를 사용하여 구리(Cu) 포일의 표면에 리튬(Li) 박막을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 음극의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 리튬 박막 제조 장치는 리튬 박막을 금속 스트립의 양면에 동시에 형성시킬 수 있는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 리튬 박막은 기존의 진공증착 방법에 의해 얻어진 리튬 박막에 비해 박막의 밀도가 높으며, 표면 특성이 우수한 장점을 가진다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 박막 제조 장치를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 리튬 박막 제조 장치의 용해조를 확대하여 나타낸 확대도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 리튬 박막 제조 장치를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 박막 제조 장치를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 박막 제조 장치는, 비활성 기체로 충진된 챔버(10)와 상기 챔버 내부에 구비된 용해조(20), 가열부(30) 및 압연부(40)를 포함한다.
챔버(10)는 리튬 박막 제조 장치의 외관을 이루며, 리튬 박막의 제조는 챔버(10)의 내부에서 이루어진다. 리튬 박막 제조시 챔버 내부는 수분이 억제된 건조상태의 비활성 기체로 충진되게 되는데, 이는 리튬의 산화를 방지하기 위함이다.
한편, 전 공정에 걸쳐 챔버(10)의 내부의 압력은 상압으로 유지되며, 이와 같이 전 공정이 상압 하에서 이뤄지는 바 본 발명에 의해 리튬 박막을 제조할 경우 경제성이 우수한 장점이 있다.
용해조(20)는 용융 리튬이 수용되며, 리튬 박막의 제조가 이루어진다.
진공증착(thermal evaporation)과 같은 기존의 기상증착(vapor deposition) 방법에 의해 얻어된 리튬 박막의 밀도는 자연 상태의 금속의 밀도 대비 80% 수준에 불과하며, 이에 따라 완전한 금속 특성을 얻기 어렵다. 이는 기상증착 방법에 의해 얻어진 리튬 박막은 단순히 리튬 미세 입자(micro particle)가 적층된 구조를 가지기 때문이다. 뿐만 아니라, 기상증착 방법에 의해 금속 스트립의 양면에 리튬 박막을 각각 형성시키고자 할 경우, 각각의 면에 대하여 공정을 2회에 걸쳐 수행하여야만 하는 바, 작업의 효율성이 낮은 단점이 있었다.
이에, 본 발명에서는 용해조 내 리튬을 수용하고, 상기 용해조를 약 250℃ 정도로 가열하여 리튬을 용융상으로 만든 후, 상기 용해조 내 금속 스트립을 인입함으로써 용융 리튬이 금속 스트립의 표면에 직접 코팅되도록 하였다. 이 경우, 용융 상태의 리튬 금속이 금속 스트립 표면에서 서로 응집되면서 리튬 박막을 형성하는 바, 금속 리튬의 밀도와 성상을 그대로 유지하게 되며, 이에 따라, 리튬 박막의 밀도와 표면 특성이 매우 우수한 장점이 있다. 더불어, 본 발명의 리튬 박막 제조 장치에 의해 리튬 박막을 제조할 경우, 금속 스트립의 양면에 동시에 형성시킬 수 있는 바, 작업의 효율성이 우수한 장점이 있다.
용해조(20)는 그 하부에 금속 스트립이 인입되는 개구(21)를 가진다.
즉, 통상의 연속도금장치의 경우 금속 스트립이 용해조의 상부로부터 인입되고, 용해조 내부에 위치한 싱크롤에 의해 진행방향을 전환하여 재차 용해조의 상부로 인출되는 것과 달리, 본 발명에서는 금속 스트립이 용해조(20)의 하부에 마련된 개구(21)를 통해 인입되고 용해조(20)의 상부로 인출되게 된다.
리튬의 경우 산화성이 매우 높은 원소로써, 용해조 내에 금속 스트립의 진행을 위한 구동 목적의 싱크롤 등이 배치될 경우, 그 표면의 부식을 야기하고, 부식에 의해 용융 리튬 내 용출된 싱크롤 등의 구성 성분들은 불순물로 작용하게 되는데, 본 발명에서는 상기와 같은 구성을 채용함으로써, 용탕 내 불순물의 유입을 최소화할 수 있는 장점을 가지며, 또한, 용해조의 구성이 단순화되는 바, 용해조의 크기를 필요 이상으로 크게 제작할 필요가 없어 경제성 측면에서도 유리하게 된다.
도 2는 도 1의 리튬 박막 제조 장치의 용해조(20)를 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 2를 참조할 때, 본 발명에서는 용해조의 개구가 용해조 내부로 함몰되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 또한 용융 리튬의 계면 장력에 의해 용융 리튬을 개구부 상부로 밀어올리는 힘(F1)이 개구부 상부에 위치한 용융 리튬의 하중에 의해 용융 리튬을 개구부 하부로 밀어내리는 힘(F2)보다 큰 것을 특징으로 한다.
계면 장력이란 서로 다른 성분이 서로 접하는 경계면에서 그 면적을 감소시키는 방향으로 작용하는 힘으로써, 용해조(20)의 개구(21) 주위에 위치한 용융 리튬은 계면 장력을 받게 되는데, 개구(21) 주위에 위치한 용융 리튬이 받는 계면 장력을 모두 합할 경우 이는 개구부 상부 방향을 향하게 된다. 본 발명에서는 상기와 같이 용융 리튬이 받는 계면 장력에 의해 용융 리튬을 개구부 상부로 밀어올리는 힘(F1)이 개구부 상부에 위치한 용융 리튬의 하중에 의해 용융 리튬을 개구부 하부로 밀어내리는 힘(F2)보다 크도록 제어함으로써 별도의 장치를 구비함 없이도 용융 리튬이 용해조의 개구를 통해 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 이러한 구조는 사용되는 용융금속이 리튬과 같은 저 비중의 금속에서 더욱 효과적인 결과를 얻을 수 있으며, 비중이 1 미만인 금속의 경우 계면장력에 의한 하부 누설방지 효과가 완벽하게 나타나게 된다. 한편, 본 발명에서는 상기와 같이 F1 및 F2의 세기를 제어하는 구체적인 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 개구의 폭을 적절히 제어하거나, 개구의 함몰 깊이를 적절히 제어하거나, 개구로부터 용융 리튬의 표면까지의 거리를 적절히 제어하는 방법을 들 수 있다.
일 예에 따르면, 용해조(20) 하부의 개구(21)의 폭은 1~2mm일 수 있다. 만약 개구(21)의 폭이 1mm 미만일 경우 금속 스트립의 진동에 의해 금속 스트립과 용해조의 접촉이 야기될 우려가 있으며, 반면 그 폭이 2mm를 초과할 경우 용융 리튬이 개구를 통해 용해조 외부로 유출될 우려가 있다.
가열부(30)는 용해조(20) 상부에 대향 배치되며, 용해조(20)로부터 인출되는 금속 스트립(1)에 열을 가해 용융 리튬의 부착량을 제어하게 된다.
즉, 통상의 연속도금장치의 경우 도금 부착량의 제어는 용해조 상부에 위치한 가스 와이핑 장치에 의해 이루어지게 되는데, 이러한 방식은 금속 스트립의 두께가 일정 수준 이상인 경우에는 유효할 수 있으나, 금속 스트립이 구리 포일과 같은 극박 소재인 경우에는 유효하지 못하다. 왜냐하면, 구리 포일과 같은 극박 소재에 가스를 분사할 경우 가스의 압력에 의해 극박 소재의 파단이 야기되기 때문이다.
이에 반해, 본 발명에서는 열에 의해 용융 리튬의 부착량을 제어하게 되는 바, 상기와 같은 문제로부터 자유로울 수 있는 장점이 있다. 더욱이, 본 발명과 같이 열에 의해 용융 리튬의 부착량을 제어할 경우 초기 부착과정에서의 불균일한 표면이 안정화되는 장점 또한 가진다.
한편, 열에 의해 용융 리튬의 부착량이 제어되는 메커니즘을 간략히 설명하면 다음과 같다. 즉, 가열부(30)에 의해 용해조로부터 인출되는 금속 스트립의 표면 온도를 리튬의 융점 이상의 온도로 가열시키면 금속 스트립의 표면에 과잉으로 부착된 리튬의 재용융이 일어나며, 재용융된 리튬은 그 하부에 배치된 용해조로 재차 수용되게 되는데, 이때, 가열부에 의해 가열되는 금속 스트립의 온도를 제어하여 재용융되는 리튬의 양을 제어함으로써 용융 리튬의 부착량을 제어할 수 있게 되는 것이다.
압연부(40)는 가열부(30)의 후단에 배치되며, 가열부(30)를 통과한 금속 스트립을 한 쌍의 롤에 의해 압연하여 표면을 균질화하게 된다.
일 예에 따르면, 본 발명의 리튬 박막 제조 장치는, 용해조 인입 전 금속 스트립을 예열하는 예열부(70)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 예열부에 의해 예열되는 금속 스트립의 표면 온도는 용융 리튬의 온도 이상의 온도로 제어함이 바람직하다.
만약 용해조로 인입되는 금속 스트립의 표면 온도가 지나치게 낮을 경우 용융 리튬이 용해조로 인입되는 금속 스트립의 표면에서 응고되어 개구를 막아버리는 문제가 야기될 수 있는데, 본 실시예의 경우 이러한 문제로부터 자유로워질 수 있다.
일 예에 따르면, 본 발명의 리튬 박막 제조 장치는, 용해조 인입 전 금속 스트립의 표면을 산세하는 산세부(50); 및 산세부를 통과한 금속 스트립의 표면을 건조하는 건조부(60)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서는 구체적인 산세 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 10~20중량%의 HCl 수용액을 통과시킨 후, 금속 스트립 표면의 HCl 수용액을 증류수 혹은 유기용매의 일종인 이소프로필알콜(IPA)을 이용하여 세척하는 것일 수 있다.
일 예에 따르면, 본 발명의 리튬 박막 제조 장치는, 용해조 인입 전 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제1 가이드 롤(80); 및 가열부 상부에 배치되어, 가열부를 통과한 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제2 가이드 롤(90)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 리튬 박막 제조 장치가 제1 가이드 롤 및 제2 가이드 롤을 포함하도록 구성할 경우 챔버 내부의 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있어, 리튬 박막 제조 장치의 부피를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
일 예에 따르면, 본 발명의 리튬 박막 제조 장치는 리튬 이차전지용 음극의 제조에 이용될 수 있으며, 이때, 금속 스트립은 구리(Cu) 포일일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 금속 스트립
2: 용융 리튬
10: 챔버
20: 용해조
21: 개구
30: 가열부
40: 압연부
50: 산세부
60: 건조부
70: 예열부
80: 제1 가이드 롤
90: 제2 가이드 롤

Claims (9)

  1. 비활성 기체로 충진된 챔버 내부에서 금속 스트립의 표면에 리튬 코팅층을 형성하는 리튬 박막 제조 장치에 있어서,
    용융 리튬이 수용되고, 하부에 금속 스트립이 인입되는 개구를 가지는 용해조;
    상기 용해조 상부에 서로 대향 배치되고, 상기 용해조로부터 인출되는 금속 스트립에 열을 가해 용융 리튬의 부착량을 제어하는 가열부;
    상기 가열부를 통과한 금속 스트립을 한 쌍의 롤에 의해 압연하여 표면을 균질화하는 압연부; 및
    상기 용해조 인입 전 금속 스트립을 예열하는 예열부를 포함하고,
    상기 용해조의 개구는 상기 용해조 내부로 함몰되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 박막 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 리튬의 계면 장력에 의해 상기 용융 리튬을 개구부 상부로 밀어올리는 힘이 상기 개구부 상부에 위치한 용융 리튬의 하중에 의해 상기 용융 리튬을 개구부 하부로 밀어내리는 힘보다 큰 것을 특징으로 하는 리튬 박막 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개구의 폭은 1~2mm인 리튬 박막 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용해조 인입 전 금속 스트립의 표면을 산세하는 산세부; 및 상기 산세부를 통과한 금속 스트립의 표면을 건조하는 건조부를 더 포함하는 리튬 박막 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용해조의 하부에 배치되어, 상기 용해조 인입 전 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제1 가이드 롤을 더 포함하는 리튬 박막 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열부 상부에 배치되어, 상기 가열부를 통과한 금속 스트립의 이송 방향을 전환하는 제2 가이드 롤을 더 포함하는 리튬 박막 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 스트립은 구리(Cu) 포일인 리튬 박막 제조 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 구리(Cu) 포일의 표면에 리튬(Li) 박막을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 이차전지용 음극의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN109360934A (zh) * 2018-08-09 2019-02-19 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种超薄复合锂带的制备方法
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CN114023925A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂铜复合金属负极的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109360934A (zh) * 2018-08-09 2019-02-19 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 一种超薄复合锂带的制备方法
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