KR101829172B1 - 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법 - Google Patents

전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전극 구조체는 리튬 금속판, 보호 필름, 구리 집전체를 포함한다. 보호 필름은 리튬 금속판의 상면에 부착된다. 구리 집전체는 리튬 금속판의 하면에 부착된다.
공정상 이슈로 셀 제작이 중단되는 경우 전극 구조체는 일정 길이의 전극을 잘라내고 다시 사용할 수 있는데, 이 때 보호 필름이 제거된 전극 구조체를 압연하여 리튬의 형상을 복원한다.
본 발명에 따른 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법은 리튬 금속판을 이용하여 전극을 제조함으로써, 고용량, 고에너지 밀도의 전지를 제조할 수 있다. 또한, 리튬 금속판이 공기 중의 수분과 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 남은 리튬을 다시 사용함으로써 비용을 절감할 수 있다.

Description

전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법 {Cathode unit, manufacturing method thereof and removing method of protection film}
본 발명은 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 리튬 금속판, 리튬 금속판의 일면에 부착되는 보호 필름, 리튬 금속판의 타면에 부착되는 구리 집전체를 포함하는 전극 구조체와 이를 제조하는 방법 및, 보호 필름이 부착된 전극 구조체를 롤링한 후 보호 필름을 분리하고 보호 필름을 분리하는 단계 전의 제1 단계 및 보호 필름을 분리하는 단계 후의 제2 단계 중 적어도 하나의 단계에서 전극 구조체를 압연함으로써 리튬 금속판을 복원하는 보호 필름의 제거 방법에 관한 것이다.
이동 전화기부터 시작하여, 무선 가전 기기, 전기 자동차에 이르기까지 전지를 필요로 하는 다양한 기기들이 개발되고 있다. 이러한 기기들의 개발에 따라 이차 전지에 대한 수요 역시 증가하고 있다. 특히, 전자 제품의 소형화 경향과 더불어 이차 전지도 경량화 및 소형화되고 있는 추세이다.
이러한 추세에 부합하여 최근 리튬 금속 이차 전지(Lithium Metal Battery, LMB)가 각광을 받고 있다. 리튬 금속 이차 전지는 음극으로서 리튬을 사용하고 있다. 리튬은 밀도가 낮고 표준 환원 전위가 -3.04 V로 낮기 때문에 가벼우면서도 이차 전지 제조시 고에너지를 낼 수 있다는 장점이 있다.
공개특허 제2013-0043117호에는 LiNiCoMnO2, LiNiO2, LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4등의 리튬 금속 산화물을 이용한 리튬 이차 전지에 대하여 개시되어 있다. 일반적으로 이차 전지에서 음극으로서 리튬 산화물을 이용하는데, 이는 리튬 금속의 반응성이 매우 크기 때문이다. 리튬 금속은 공기 중의 수분과 반응하여 LiOH, Li2O, Li2CO3, Li3N등의 부산물을 만든다. 이는 제조된 전지의 성능을 현저하게 떨어뜨리게 되며, 내부 단락까지 초래할 수 있다. 또한, 리튬은 강도가 매우 약한 금속이기 때문에 금속으로서 바로 활용하기가 어려운 문제가 있다.
이에, 리튬 금속을 사용하여 에너지 효율을 높이면서도 리튬의 반응성 문제를 해결할 수 있는 리튬 금속 전극의 개발이 요구된다.
특허문헌1: 한국 공개특허 제2013-0043117호 (공개일: 2013.04.29)
본 발명의 목적은 리튬 금속 전극이 적용되는 셀 제작시 대기 중 수분과의 접촉을 최소화할 수 있는 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 셀 제작 중단 시 전극의 재활용이 가능한 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체는 리튬 금속판, 보호 필름, 구리 집전체를 포함한다. 보호 필름은 리튬 금속판의 일면에 부착된다. 구리 집전체는 리튬 금속판의 타면에 부착된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름은 흡습 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름은 투습도가 0~10g/m2/day일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나로 형성되는 제1 층과, 흡습성 수지로 형성되는 제2 층을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름의 일면에는 접착 물질이 전면 또는 일부분 도포될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체에서 리튬 금속판의 두께는 1~500㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법은 구리 집천체 상에 리튬 금속판을 적층하는 단계와 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법에서 보호 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법에서 보호 필름은 흡습 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법에서 보호 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나로 형성되는 제1 층 상에 흡습성 수지로 형성되는 제2 층을 적층하여 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법은 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이전에 보호 필름의 하면의 전면 또는 일부분에 접착 물질을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법은 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이후에 보호 필름의 상면을 프레스하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법은 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이전에 구리 집전체 상에 적층된 리튬 금속판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 제조 방법은 보호필름이 부착된 리튬 금속판을 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체의 보호 필름 제거 방법은 보호 필름이 부착된 전극 구조체를 롤링하는 단계, 보호 필름을 분리하는 단계, 전극 구조체를 압연하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 구조체의 보호 필름 제거 방법은 보호 필름을 분리하는 단계 이전에, 전극 구조체를 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법은 전지 제조시 리튬 금속의 표면에 부산물이 생성되는 것을 방지하며, 대기 중의 수분과의 격렬한 반응에 의한 화재 및 폭발의 위험을 막아 전극 구조체에 금속 리튬을 이용할 수 있다.
본 발명의 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법은 전극으로서 리튬 금속을 이용함으로써 고밀도의 전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 전극 구조체, 전극 구조체의 제조 방법 및 보호 필름의 제거 방법은 보호 필름이 제거된 전극 구조체를 압연함으로써 리튬을 재사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체 제조 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체에서 보호 필름을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체(1000)는 리튬 금속판(1100), 구리 집전체(1200), 보호 필름(1300)을 포함한다. 리튬 금속은 판형의 금속을 이용한다. 리튬 금속판(1100)은 전극 제조에 용이하도록 전극 형태에 따라 폭이 조절될 수 있다. 리튬 금속판(1100)의 두께는 1~500㎛일 수 있다.
구리 집전체(1200)는 리튬 금속판(1100)의 하면에 부착된다. 리튬은 연성이 강하여 금속판으로 이용시 잘 끊어지기 쉽다. 따라서 구리나 은, 니켈 등의 박막을 이용하여 강도를 보강할 수 있다. 본 실시예에서는 구리 집전체(1200) 상에 리튬 금속판(1100)이 적층되어 있다. 구리 집전체(1200) 상에 리튬 금속판(1100)을 적층시키고 판상 프레스 등으로 압착할 수 있다.
구리 집전체(1200) 상에 리튬 금속판(1100)을 부착할 수도 있지만, 구리 집전체(1200) 상에 리튬 금속판(1100)을 증착시킬 수도 있다. 이 경우 증착되는 리튬 금속판(1100)의 두께는 1~500㎛가 되도록 한다.
보호 필름(1300)은 리튬 금속판(1100)의 상면에 부착된다. 보호 필름(1300)은 리튬 금속을 공기 중의 수분으로부터 보호하는 역할을 한다. 보호 필름(1300)은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 등으로 형성될 수 있다.
고분자 필름은 PVDF, PVDF-HFP, 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리올레핀, 폴리아미드 소재의 필름 등에 코팅이나 증착으로 표면을 처리하여 가공한 것으로, 필요에 따라 다양한 기능을 부여할 수 있다. 고분자 전해질 필름으로서 PEO, 폴리실록산(polysiloxane), PDMS, PMMA, PAN 계열 고분자, acrylate 계열 고분자 등이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 플라스틱 필름 표면에 투습 성능을 부여할 수 있으며, 보호 필름의 투습도를 0~10g/m2/day로 할 수 있다.
증착 필름은 필름에 금속을 증착하여 수분을 차단할 수 있도록 한다. 주로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 등의 필름이 사용된다. 보호 필름으로서 알루미늄 포일, 구리 포일 등의 메탈 포일이 이용될 수도 있다.
유리 섬유는 강도가 높아 패시베이션 필름에 사용되어 필름의 강도를 높일 수 있다. 유리 섬유 직물 상에 PVDF, PVDF-HFP, PE, PP 등의 고분자를 코팅하여 사용할 수도 있다.
기능성 다층 필름은 기재 필름 상에 다양한 수지를 적층 또는 피막하여 가공한 것으로, 선택된 수지에 따라 다양한 기능을 갖는다. 본 발명에서는 수분을 차단하거나 수분을 흡수하는 성질의 수지를 이용한 기능성 다층 필름을 사용할 수 있다.
보호 필름으로서 이러한 기능성 필름 외에도 일반적인 플라스틱 필름인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PET, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드 소재의 필름이 이용될 수도 있다.
보호 필름(1300)은 흡습 소재를 포함하여 가공될 수 있다. 기재 필름에 건조제 등의 흡습제나 흡수 물질을 첨가하여 필름을 제조할 수도 있고, 기재 필름을 흡습 소재를 포함하는 수지로 피막하여 필름을 제조할 수도 있다. 흡습 소재는 수분과 화학적으로 반응할 수 있는 소재라면 한정하지 않으며, 알루미나 등의 금속 분말, 알칼리토금속 산화물, 유기 금속 산화물 등의 금속 산화물, 금속염 또는 오산화인(P2O5)등의 일종 또는 이종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물로는, 산화리튬(Li2O),산화나트륨(Na2O),산화바륨(BaO), 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO) 등이, 금속염으로는, 황산리튬(Li2SO4),황산나트륨(Na2SO4),황산칼슘(CaSO4),황산마그네슘(MgSO4),황산코발트(CoSO4),황산갈륨(Ga2(SO4)3),황산티탄(Ti(SO4)2)또는 황산니켈(NiSO4)등과 같은 황산염, 염화칼슘(CaCl2),염화마그네슘(MgCl2),염화스트론튬(SrCl2),염화이트륨(YCl3),염화구리(CuCl2),불화세슘(CsF), 불화탄탈륨(TaF5),불화니오븀(NbF5),브롬화리튬(LiBr), 브롬화칼슘(CaBr2),브롬화세슘(CeBr3),브롬화셀레늄(SeBr4),브롬화바나듐(VBr3),브롬화마그네슘(MgBr2),요오드화바륨(BaI2)또는 요오드화마그네슘(MgI2)과 같은 금속 할로겐화물, 또는 과염소산바륨(Ba(ClO4)2)또는 과염소산마그네슘(Mg(ClO4)2)등과 같은 금속 염소산염 등이 사용될 수 있다. 흡습 소재가 입자 형태로 첨가되는 경우, 그 평균 입경이 10㎛ 이하인 것이 조성물 내에서의 분산성이나 흡습성 또는 가공성 등의 측면에서 바람직하다. 보호 필름에 흡습 물질을 첨가함에 따라 리튬 금속을 대기 중의 수분으로부터 효과적으로 차단할 수 있다. 보호 필름의 투습도는 0~10g/m2/day가 바람직하다.
*도 2에 도시된 바와 같이, 보호 필름(1300)은 흡습층을 포함하는 다층 필름으로 형성될 수도 있다. 제1 층(1310)은 기재 필름으로서 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나로 형성된다. 제2 층(1320)은 흡습성 수지로 형성된 필름으로서, 제1 층(1310)에 부착하거나 증착하여 적층시킨다. 본 실시예에서는 제2 층(1320)이 보호 필름(1300)의 외부층을 형성하지만, 이에 한정하지는 않으며, 2 이상의 층으로 구성된 보호 필름에 있어 흡습 소재층이 어느 층에 적층되어도 무방하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호 필름(1300)의 하면에는 접착 물질(1310)이 도포될 수 있다. 접착 물질(1310)은 보호 필름(1300) 하면의 전면에 도포될 수도 있고(도 4의 (a)), 가장자리를 따라 부분적으로 도포될 수도 있다(도 4의 (b)). 접착 물질(1310)이 가장자리를 따라 부분적으로 도포될 경우 추후 보호 필름(1300)의 제거가 용이하다.
접착 물질(1310)의 소재로서 폴리도파민, 올레핀계 엘라스토머, 실리콘계 엘라스토머, 아크릴계 엘라스토머 등이 이용될 수 있다. 구체적으로, 폴리도파민은 접착 단백질로서 접착력이 강하고 유연한 접착 특성을 가진다. 엘라스토머 등의 성분은 특정 가교 구조를 형성할 수 있는 다관능성의 활성 에너지선 중합성 화합물을 포함할 수 있다. 활성 에너지선 중합성 화합물은 활성에너지선의 조사에 의한 중합 반응에 참여할 수 있는 관능기, 예를 들면 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기 등과 같은 에틸렌성 불포화 이중 결합을 포함하는 관능기, 에폭시 또는 옥세탄기 등의 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물일 수 있다. 다관능성의 활성 에너지선 중합성 화합물로서 다관능성 아크릴레이트가 사용될 수 있다. 이러한 가교 구조는 열을 인가하거나, 자외선, 적외선 등을 조사하여 가교 구조가 형성될 수 있다. 패시베이션 필름에 엘라스토머를 포함하는 접착 성분을 도포한 후 열을 가하거나 자외선 등을 조사하여 접착시킬 수 있다. 한편, 접착 성분에도 흡습 소재가 첨가될 수 있다.
보호 필름(1300)의 폭은 리튬 금속판(1100)의 폭과 같거나 소정 길이만큼 더 넓게 형성될 수 있다. 보호 필름(1300)의 폭이 리튬 금속판(1100)의 폭보다 넓은 경우, 보호 필름(1300)이 리튬 금속판(1100)의 상면에 부착될 때 보호 필름(1300)의 압착에 의해 리튬 금속판(1100)의 측면까지 덮어 리튬 금속판(1100)을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 실시예에서는 리튬 금속판(1100)과 동일한 형태의 보호 필름(1300)을 리튬 금속판(1100) 위에 부착시키지만, 다른 실시예에서는 리튬 금속판(1100) 위에 경화 수지를 도포하여 보호 필름(1300)을 형성할 수도 있다. 이 경우 보호 필름(1300)은 리튬 금속판(1100) 위에 균일하게 도포되어 박막의 필름을 형성할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법으로도 실시할 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅(spin coating), 닥터 블레이드(doctor blade) 코팅, 딥(dip) 코팅, 그라비어(gravure) 코팅, 슬릿다이(slit die) 코팅, 스크린(screen) 코팅 등의 방법이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 보호 필름 조성액을 리튬 금속판(1100)에 도포한 후 건조하여 박막의 보호 필름(1300)을 리튬 금속판(1100) 상에 형성한다. 보호 필름(1300)의 두께는 10 nm 내지 10㎛ 일 수 있다. 보호 필름(1300)의 두께가 10nm보다 작으면 대기 중의 수분으로부터 리튬 금속판을 충분히 보호하지 못할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체 제조 방법의 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전극 구조체(1000)를 제조하기 위해서 우선, 구리 집천체(1200) 상에 리튬 금속판(1100)을 적층한다(S5100). 금속 리튬은 연성이 강한 물질로서 쉽게 끊어질 수 있으므로, 구리 집전체(1200) 상에 부착하여 강도를 높인다. 본 실시예에서는 집전체를 구리로 형성하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 은이나 니켈 등의 금속이 이용될 수도 있다. 리튬 금속판(1100)은 구리 집전체 상(1200)에 접착 물질을 이용하여 부착될 수도 있고, 리튬 금속판(1200) 위를 판상 프레스로 압착하여 부착시킬 수도 있다.
다음으로 보호 필름(1300)의 하면에 접착 물질을 도포 한다(S5200). 접착 물질(1310)은 보호 필름(1300) 하면의 전면에 도포될 수도 있고, 가장자리를 따라 부분적으로 도포될 수도 있다. 접착 물질(1310)이 가장자리를 따라 부분적으로 도포될 경우 추후 보호 필름(1300)의 제거가 용이하다. 접착 물질(1310)에 의해 리튬 금속판(1100)에 물리적 영향을 적게 주면서 보호 필름(1300)을 부착할 수 있다. 접착 물질(1310)을 보호 필름(1300)에 도포하고, 보호 필름(1300)을 리튬 금속판(1100)에 부착하기 전 및/또는 후에 열을 가하거나 자외선 등을 조사하여 부착 성능을 높일 수도 있다.
리튬 금속판(1100) 위에 접착 물질이 도포된 보호 필름(1300)을 부착한다(S5300). 보호 필름(1300)은 리튬 금속을 공기 중의 수분으로부터 보호하는 역할을 한다. 보호 필름(1300)은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 등으로 형성되거나, 일반적인 플라스틱 필름인 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PET, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드 소재의 필름 등으로 형성될 수 있다.
한편, 보호 필름(1300)은 흡습 소재를 첨가하여 가공될 수 있다. 기재 필름에 건조제 등의 흡습제나 흡수 물질을 첨가하여 필름을 제조할 수도 있고, 기재 필름을 흡습 소재를 포함하는 수지로 피막하여 필름을 제조할 수도 있다. 흡습 소재로서 알루미나 등의 금속 분말, 알칼리토금속 산화물, 유기 금속 산화물 등의 금속 산화물, 금속염 또는 오산화인(P2O5)등의 일종 또는 이종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보호 필름(1300)에 흡습 물질을 첨가함에 따라 리튬 금속을 대기 중의 수분으로부터 효과적으로 차단할 수 있다. 보호 필름(1300)의 투습도는 0~10g/m2/day가 바람직하다.
보호 필름(1300)의 제조시 보호 필름(1300)을 흡습층을 포함하는 다층 필름으로 제조할 수도 있다. 제1 층(1310)은 기재 필름으로서 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물, 기능성 다층 필름 중 하나로 형성한다. 그 후 형성된 기재 필름 상에 흡습성 수지로 형성된 제2층을 적층시킨다. 흡습성 수지로 형성된 제2층은 알루미나 등의 금속 분말, 알칼리토금속 산화물, 유기 금속 산화물 등의 금속 산화물, 금속염 또는 오산화인(P2O5)등의 일종 또는 이종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 보호 필름(1300)은 제2 층(1320)이 보호 필름(1300)의 외부층을 형성할 수도 있고, 2 이상의 층으로 구성된 보호 필름의 경우 흡습 소재층을 어느 층에 적층하여도 무방하다.
보호 필름(1300)을 리튬 금속판(1100)에 부착시킨 후 접착 효율을 더욱 높이기 위하여 보호 필름(1300)의 상면을 프레스할 수도 있다. 이 때 가해지는 압력은 리튬 금속판(1100)이 손상되지 않도록 적당한 압력이 가해질 수 있다. 다른 실시예에서는 리튬 금속판(1100) 상에 보호 필름(1300)을 부착하기 이전에 구리 집전체(1200) 상에 부착된 리튬 금속판(1100)을 소정 온도에서 가열하여 보호 필름(1300)의 부착 효율을 높일 수도 있다.
전극 구조체를 권취한다(S5400). 본 발명에 따른 전극 구조체(1000)는 전지로 가공되는 형태에 따라 다양한 폭과 길이를 가질 수 있다. 필요에 따라 다양한 폭으로 제조된 전극 구조체(1000)를 권취하여 필요시 절단하여 사용하도록 할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법의 순서도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법의 순서도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 보호 필름의 제거 방법을 나타내는 도면이다.
보호 필름이 부착된 전극 구조체는 전극으로서 사용되기 직전에 보호 필름이 제거되어야 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 구조체(1000)로부터 보호 필름(1300)을 제거하기 위하여 보호 필름(1300)이 부착된 전극 구조체(1000)를 우선 롤링한다(S6100). 전극 구조체(1000)가 전극으로서 성형되기 이전에 가열된 롤로 롤링하여 전극 구조체(1000)의 두께를 균일하게 만든다.
다음으로, 전극 구조체로부터 보호 필름을 분리한다(S6200). 리튬은 매우 부드러운 금속으로 보호 필름(1300)을 제거하는 과정에서 표면에 요철이 생기거나 변형이 생길 수 있다. 따라서 리튬 금속판(1100)의 형상이 변하지 않도록 압연 과정을 거친다.
전극 구조체를 압연한다(S6300). 도 8에 도시된 바와 같이, 압연 과정은 전극 구조체를 두 개의 롤 사이로 통과시켜 전극 구조체의 표면을 평탄하게 만드는 과정이다. 보호 필름(1300)을 제거한 전극 구조체(1000)를 두 개의 롤(R) 사이로 통과시켜 요철이 생긴 리튬 금속판(1100)의 표면을 평탄하게 만든다. 압연 과정은 보호 필름(1300)을 분리한 후에 실시해도 좋고 보호 필름을 분리하기 전 실시하여도 좋다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보호 필름(1300)을 제거하는 단계 전후 모두 실시하여도 무방하다. 압연 과정에 의해 리튬 금속판(1100)의 형상이 복원된다. 형상이 복원된 전극 구조체(1000)는 전극 제조에 사용된다.
한편, 공정상의 이유로 셀 제작이 중단될 경우 전극 구조체(1000)의 나머지 부분은 보호 필름(1300)을 제거한 후 다른 공정에 다시 사용될 수 있다. 이 때에도 보호 필름(1300)의 제거와 압연 과정을 통하여 리튬 금속을 다시 사용할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 리튬 이온이 아닌 리튬 금속을 이용하여 음극을 제조하기 때문에, 기존의 이차 전지보다 보다 고용량, 고에너지 밀도의 전지를 제조할 수 있다. 또한, 음극으로 제조되기 전 리튬 금속판에 보호 필름을 부착함으로써 리튬이 공기 중의 수분과 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 남은 리튬을 다시 사용함으로써 비용을 절감할 수 있다. 본 발명은 리튬 금속판의 하부에 구리 집전체를 부착시켜 전극 제조시 편의성을 높이고, 보호 필름의 사용량을 줄일 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 전극 구조체 1100 : 리튬 금속판
1200 : 구리 집전체 1300 : 보호 필름
1310 : 접착 물질

Claims (14)

  1. 리튬 금속판;
    상기 리튬 금속판의 일면에 부착되는 보호 필름; 및
    상기 리튬 금속판의 타면에 부착되는 구리 집전체;를 포함하되,
    상기 보호 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 적층된 흡습성 수지 피막을 포함하고,
    상기 흡습성 수지는 알칼리토금속산화물, 유기금속산화물, 금속염 및 오산화인(P2O5)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물 및 기능성 다층 필름 중 하나인 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 필름은 투습도가 0~10g/m2/day인 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 필름의 일면에는 접착 물질이 전면 또는 일부분 도포되는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속판의 두께는 1~500㎛인 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  6. 구리 집전체 상에 리튬 금속판을 적층하는 단계; 및
    상기 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함하되,
    상기 보호 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 적층된 흡습성 수지 피막을 포함하고,
    상기 흡습성 수지는 알칼리토금속산화물, 유기금속산화물, 금속염 및 오산화인(P2O5)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기재 필름은 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물 및 기능성 다층 필름 중 하나인 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보호 필름은,
    고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물 및 기능성 다층 필름 중 선택되는 하나의 기재 필름으로 형성되는 제1 층 상에 고분자 필름, 고분자 전해질 필름, 이형 필름, 증착 필름, 메탈 포일, 유리 섬유 직물 및 기능성 다층 필름 중 하나에 흡습성 수지를 첨가하여 형성되는 제2 층을 적층하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이전에 상기 보호 필름의 하면의 전면 또는 일부분에 접착 물질을 도포하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이후에 상기 보호 필름의 상면을 프레스하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 리튬 금속판 상에 보호 필름을 부착하는 단계 이전에 상기 구리 집전체 상에 적층된 리튬 금속판을 가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 보호필름이 부착된 상기 리튬 금속판을 권취하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 제조 방법.
  13. 리튬 금속판, 상기 리튬 금속판의 일면에 부착되는 보호 필름, 상기 리튬 금속판의 타면에 부착되는 구리 집전체를 포함하는 전극 구조체에 있어서,
    상기 보호 필름이 부착된 상기 전극 구조체를 롤링하는 단계;
    상기 보호 필름을 분리하는 단계; 및
    전극 구조체를 압연하는 단계;를 포함하되,
    상기 보호 필름은 기재 필름 및 상기 기재 필름 상에 적층된 흡습성 수지 피막을 포함하고,
    상기 흡습성 수지는 알칼리토금속산화물, 유기금속산화물, 금속염 및 오산화인(P2O5)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 보호 필름 제거 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보호 필름을 분리하는 단계 이전에,
    전극 구조체를 압연하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체의 보호 필름 제거 방법.
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