KR102168273B1 - Stretchable Batteries with Gradient Multilayer Conductors - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 물질 및 신축성 고분자를 포함하며, 다층으로 제조되어 구배를 가지는 전도성 복합체에 관한 것이다.
상기 전도성 복합체는 제조 공정이 단순하여 대량 생산에 용이하고, 연신성과 방향성에 제한을 받지 않으며, 다양한 사용 용도에 맞게 연신성 및 전도성의 조절이 가능하다. 또한, 다층의 구조는 여러 스케일(scales)에서 복합 내부 구조(composite internal architecture)를 제어할 수 있으므로, 최대 300%의 변형율에서 측면 및 횡-단면 모두에서 금속 전도성(metallic conductivity)을 유도할 수 있다.
The present invention relates to a conductive composite comprising a conductive material and a stretchable polymer, and is made of a multilayer to have a gradient.
The conductive composite is easy to mass-produce due to a simple manufacturing process, is not limited in stretchability and orientation, and it is possible to adjust stretchability and conductivity for various uses. In addition, since the multilayered structure can control the composite internal architecture at several scales, it can induce metallic conductivity in both the side and cross-section at a strain rate of up to 300%. .

Description

적층된 밀도구배 신축성 전극 및 이에 기반한 고탄성 고효율 전지{Stretchable Batteries with Gradient Multilayer Conductors} Stacked density gradient stretchable electrodes and high-elastic high-efficiency batteries based thereon {Stretchable Batteries with Gradient Multilayer Conductors}

본 발명은 적층된 밀도구배 신축성 전극 및 이에 기반한 고탄성 고효율 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a stacked density gradient stretchable electrode and a high-elastic, high-efficiency battery based thereon.

신축성 전자 기기(stretchable electronics)의 급속한 발전은, 착용할 수 있는 건강 관리 장치(healthcare devices), 전자 피부(electronic skin), 인공 근육(artificial muscles) 및 신경보철 삽입물(neuroprosthetic implants)에 대한 수요가 증가함에 따라 가속화되었다. 이러한 장치의 스펙트럼을 넓히기 위한 기본 조건은, 큰 기계적 변형(mechanical strain)에서 안정적인 전기 전도성 유지하는 전도성 복합체를 개발하는 것이다. The rapid development of stretchable electronics has led to an increasing demand for wearable healthcare devices, electronic skin, artificial muscles and neuroprosthetic implants. It accelerated as it did. The basic condition for broadening the spectrum of such devices is to develop a conductive composite that maintains stable electrical conductivity in a large mechanical strain.

전도성 복합체를 설계하기 위해 가장 많이 사용되는 두 가지 전략이 있다. There are two of the most used strategies for designing conductive composites.

첫 번째 전략은, 전도성 물질을 탄성 기재(elastomeric substrate)의 표면에 증착하여, 변형(deformation)시 안정적인 전도성을 구현하는 방법이다. 이러한 전도성 복합체의 표면은 buckled, wrinkled, waved, crumpled 또는 island 구조를 가지며, 퍼콜레이션 네트워크 (percolation network)를 유지하면서 기계적 응력(mechanical stress)을 수용한다. 상기 방법은 높은 신축에서 안정적인 전도성을 구현 할 수 있지만, 전도성층의 부피가 작고, 제조 공정이 복잡하므로, 상기 구조의 적용 가능성은 낮다.The first strategy is to deposit a conductive material on the surface of an elastomeric substrate to achieve stable conductivity during deformation. The surface of this conductive composite has a buckled, wrinkled, waved, crumpled, or island structure, and accommodates mechanical stress while maintaining a percolation network. Although the above method can realize stable conductivity at high elasticity, since the volume of the conductive layer is small and the manufacturing process is complicated, the applicability of the structure is low.

두 번째 전략은, 탄성 고분자(elastomeric polymers)에 분산된 전도성 필러(conductive fillers)를 통해 전도성을 얻는 고분자 나노 복합체를 제조하는 방법이다. 상기 방법은 다양한 나노입자(NPs), 나노와이어 및 나노튜브를 포함하는 복합체의 제조가 가능하고, 공정이 간단하여 제조 단가가 낮은 장점이 있다. The second strategy is to prepare a polymer nanocomposite that obtains conductivity through conductive fillers dispersed in elastomeric polymers. The method has the advantage that it is possible to manufacture a composite including various nanoparticles (NPs), nanowires, and nanotubes, and the manufacturing cost is low due to a simple process.

그러나 고분자 나노 복합체는 신축성(stretchability)과 전도성(conductivity) 사이의 상충 관계로 (trade-off relation) 신축 시 안정적인 전도성 유지가 어렵다. 예를 들어, 탄성체(엘라스토머) 함량이 높은 복합체는 일반적으로 높은 변형(strain behavior)을 나타내지만, 낮은 전기 전도도(electrical conductivity)를 가진다. 반면에, 전도성 성분의 높은 로딩(loading)은 전기 전도도는 높으나, 기계적 결함(mechanical failure)이 발생하여 낮은 신축성을 보인다. However, the polymer nanocomposite has a trade-off relation between stretchability and conductivity, making it difficult to maintain stable conductivity during stretching. For example, a composite having a high content of elastomer (elastomer) generally exhibits high strain behavior, but has low electrical conductivity. On the other hand, high loading of a conductive component has high electrical conductivity, but a mechanical failure occurs, showing low elasticity.

따라서, 높은 전도성과 신축성을 가지는 복합체를 어떻게 제작할 것인가의 문제는 여전히 존재한다. Therefore, the problem of how to fabricate a composite having high conductivity and elasticity still exists.

본 발명의 발명자들은 신축성 고분자와 전도성 필러의 자가 조립 성질을 이용하여 진공여과(vacuum-assisted filtration, VAF) 및 다층박막적층법(layer-by-layer assembly, LbL)을 통해 전도성 복합체를 제작하였다. LbL 적층법은 고도로 정연한 구조(architectures)를 제조할 수 있으므로, 연속 조립(sequential assembly)을 통해 높은 전도도(conductance)를 가능하게 하며, 두께에 대한 미세한 나노스케일 제어가 가능하다. 본 발명에 따른 재료공학 기술(material engineering techniques)을 통해 구조가 제어되고, 나노-, 마이크로- 및 매크로-스케일 구조를 포함하는 다중 스케일의 전도성 복합체를 제작 할 수 있다. The inventors of the present invention fabricated a conductive composite through vacuum-assisted filtration (VAF) and a layer-by-layer assembly (LbL) method using the self-assembly property of a stretchable polymer and a conductive filler. Since the LbL lamination method can produce highly ordered structures, high conductivity is possible through sequential assembly, and fine nanoscale control of the thickness is possible. The structure is controlled through material engineering techniques according to the present invention, and multi-scale conductive composites including nano-, micro- and macro-scale structures can be fabricated.

본 발명은 높은 신축성 및 안정적인 전기 전도도를 유지하기 위하여, 두 가지 타입의 고분자 복합체를 적층한 신개념의 전도성 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a conductive composite of a new concept in which two types of polymer composites are stacked in order to maintain high elasticity and stable electrical conductivity.

본 발명은 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및 The present invention provides a conductive layer including a first stretchable polymer and a first conductive material; And

제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고, Including an elastic layer comprising a second elastic polymer and a second conductive material,

상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며, The content of the first conductive material in the conductive layer is 80 to 95% by weight,

상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고,The content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 90% by weight,

상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상인 전도성 복합체를 제공한다. The first conductive material has a higher content than the second conductive material, the conductive layer and the stretchable layer are alternately stacked, both of the outermost layers are conductive layers, and a total number of layers is 3 or more.

또한, 본 발명은 (S1) 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계;In addition, the present invention includes the steps of (S1) forming a conductive layer using a first mixture including a first stretchable polymer and a first conductive material;

(S2) 상기 전도성층 상에 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 제 2 혼합물을 사용하여 신축성층을 형성하는 단계; 및 (S2) forming a stretchable layer on the conductive layer by using a second mixture including a second stretchable polymer and a second conductive material; And

(S3) 상기 신축성층 상에 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계를 포함하며,(S3) comprising the step of forming a conductive layer on the stretchable layer by using a first mixture containing a first stretchable polymer and a first conductive material,

상기 단계 (S2) 및 단계 (S3)을 1회 이상 수행하여 총 층수가 3층 이상인 전도성 복합체를 제조하는 전술한 전도성 복합체의 제조 방법을 제공한다. It provides a method of manufacturing the above-described conductive composite in which the above steps (S2) and (S3) are performed at least once to prepare a conductive composite having a total number of layers of three or more.

또한, 본 발명은 전술한 전도성 복합체; 및 In addition, the present invention is the conductive composite described above; And

상기 전도성 복합체 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하는 전기화학소자용 전극을 제공한다. It provides an electrode for an electrochemical device including an electrode active material layer positioned on the conductive composite.

또한, 본 발명은 양극;In addition, the present invention is a positive electrode;

음극; 및 cathode; And

상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하며, Including an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode,

상기 양극 및 음극 중 적어도 하나의 전극은 전술한 전기화학소자용 전극인 전기화학소자를 제공한다. At least one of the anode and the cathode provides an electrochemical device which is the electrode for an electrochemical device described above.

본 발명에서는 전도성 물질 및 신축성 고분자를 포함하며, 다층으로 제조되어 구배를 가지는 전도성 복합체를 제공할 수 있다. 상기 전도성 복합체는 제조 공정이 단순하여 대량 생산에 용이하고, 연신성(신축성)과 방향성에 제한을 받지 않으며, 다양한 사용 용도에 맞게 연신성 및 전도성의 조절이 가능하다. 또한, 다층의 구조는 여러 스케일(scales)에서 복합체 내부 구조(composite internal architecture)를 제어할 수 있으므로, 높은 변형율에서 수평(측면) 및 수직(횡-단면) 방향 모두에서 금속 전도성(metallic conductivity)을 유도할 수 있다.In the present invention, it is possible to provide a conductive composite including a conductive material and a stretchable polymer, and is manufactured in a multi-layered manner. The conductive composite is easy to mass-produce due to a simple manufacturing process, is not limited in stretchability (stretchability) and orientation, and stretchability and conductivity can be adjusted to suit various uses. In addition, since the multilayered structure can control the composite internal architecture at several scales, it is possible to achieve metallic conductivity in both the horizontal (side) and vertical (cross-sectional) directions at high strain rates. You can induce.

본 발명에 따른 전도성 복합체는 매우 높은 변형률에서 안정적인 화학적 성능을 유지하는 리튬-이온 전지에 적용되어 신축성 에너지 저장 장치를 구성할 수 있다. The conductive composite according to the present invention can be applied to a lithium-ion battery that maintains stable chemical performance at a very high strain rate to constitute a flexible energy storage device.

또한, 전도성 복합체는 미래의 에너지 변환(energy conversion) 및 저장 장치(torage devices)는 물론 생체모방 전자공학(biomimetic electronics)을 위한 다양한 재료 설계에 적용될 수 있다.In addition, the conductive composite can be applied to various material designs for future energy conversion and storage devices as well as biomimetic electronics.

도 1은 전도성 복합체(GAP multilayer conductors)의 개략도로, 다양한 농도의 금 나노입자(AuNP)를 가지는 단일-층 AuPU 필름의 층상 조립을 나타낸다. 상기 도 1에서 사진은 이완되고(relaxed) 및 신장된(strained) 조건에서의 전도성 복합체를 나타낸다.
도 2는 단일-층 AuPU 필름의 물성 측정 결과를 나타낸다.
도 3은 전도성 복합체의 TGA(Thermogravimetric Analysis) 측정 결과를 나타낸다.
도 4는 구조-제어된(Architecture-controlled) 전도성 복합체를 나타낸다.
구체적으로, 도 4는 중간층의 층수가 증가하는 a) 고-구배 및 b) 저-구배 전도성 복합체를 도시하는 개략도 및 탄소 및 금(Au)의 원소 매핑 이미지(elemental mapping images)를 나타내는 단면(cross-sectional) SEM 이미지이다. 모든 이미지의 스케일 바는 20 μm이다.
도 5 및 6은 전도성 복합체의 기계적 특성을 나타낸다.
5a는 전도성 복합체의 응력-변형 곡선(Stress-strain curves)을 나타내고, 5b 및 c는 고-구배 및 저-구배 전도성 복합체의 영률(Young's modulus) 및 균열지점(rupture point)을 나타낸다.
또한, 50% 변형률에서 5L 및 9L 저-구배 전도성 복합체의 수평(6a) 및 수직(6b) 방향에서의 폰 미스세스 응력 분포(von Mises stress distribution) 유한 요소 분석(Finite element analysis) 결과를 나타낸다.
도 7 및 8은 전도성 복합체의 전기적 특성, 및 변형(strain)하에서 Pu 매트릭스에서 AuNP 여과 네트워크(percolation network)에 대한 SAXS 분석 결과를 나타낸다.
7a는 다양한 변형 조건(strain conditions)에서 3L 및 9L 고-구배 및 저-구배 전도성 복합체의 최외부층 상부면에서의 정규화된 저항을 나타내는 그래프이다.
7b는 층수가 증가하는 저-구배 전도성 복합체의 수직 전도도를 나타내는 그래프이다.
7c는 변형하에서 5L 및 9L 저-구배 전도성 복합체의 수직 전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
8a는 in-situ SAXS 측정 실험 설정을 나타내는 개략도이다.
8b는 순수 Pu 및 50 중량% AuPu 필름에 대해 0%, 50% 및 100%의 선택된 단축 변형율(uniaxial strains)에서 SAXS 패턴과, 매트릭스에서 AuNP(노란색 구체)의 거동 및 SAXS 분석에 의해 결정된 변형하에서 전기 경로(electrical pathway, 레드선)의 변화를 나타낸다.
8c는 순수 Pu 및 50 중량% AuPU 필름에 대한 계산된 Herman's orientation factor, f를 나타낸다.
도 9는 전도성 복합체를 포함하는 신축성 수계 리튬 이온 전지의 전기화학적 성능을 나타낸다.
9a는 Pt 전극 및 Ag/AgCl 전극을 각각 상대 전극 및 기준 전극으로 사용하고 1M Li2SO4을 전해질로 사용하는 세 전극 시스템에서, 다양한 전류 밀도에서 GAP 양극(PI/CNT) 및 GAP 음극(LMO/CNT)의 순환 전압 전류 프로파일을 나타낸다.
9b, 9c는 각각 GAP 음극 및 GAP 양극의 정전형 충전-방전 곡선(Galvanostatic charge-discharge curves)을 나타낸다.
9d는 1,000 사이클 동안 1M Li2SO4에서 0.0 내지 2.2 V에서 전류 밀도가 0.5 A/g인 풀셀(full cell)의 사이클링 선능을 나타낸다.
9e는 동일 평면 배열(coplanar layout)을 가지는 GAP 양극 및 음극을 사용하여 제조된 신축성 수계 충전식 리튬-이온 전지의 개략도이다.
9f는 100 사이클 동안 0-30%의 다양한 변형률에서 0.5 A/g의 전류 밀도에서 신축성 풀셀의 사이클 성능을 나타낸다.
9g는 0.5 A/g의 전류 밀도에서 사이클의 함수로서의 용량 유지를 나타낸다.
9h는 0% 및 30%의 변형률에서 신축성 수계 리튬-이온 전지를 사용하여 작동된 LED 전구의 사진이다.
1 is a schematic diagram of a conductive composite (GAP multilayer conductors), showing a layered assembly of a single-layer AuPU film having various concentrations of gold nanoparticles (AuNP). The photographs in FIG. 1 show the conductive composite in relaxed and strained conditions.
2 shows the measurement results of the physical properties of the single-layer AuPU film.
3 shows the result of TGA (Thermogravimetric Analysis) measurement of the conductive composite.
Figure 4 shows the structure-controlled (Architecture-controlled) conductive composite.
Specifically, FIG. 4 is a schematic diagram showing a) high-gradient and b) low-gradient conductive composites in which the number of layers of the intermediate layer increases, and a cross section showing elemental mapping images of carbon and gold (Au). -sectional) SEM image. The scale bar for all images is 20 μm.
5 and 6 show the mechanical properties of the conductive composite.
5a represents the stress-strain curves of the conductive composite, and 5b and c represent the Young's modulus and rupture point of the high-gradient and low-gradient conductive composites.
In addition, the results of finite element analysis of the von Mises stress distribution in the horizontal (6a) and vertical (6b) directions of the 5L and 9L low-gradient conductive composites at 50% strain are shown.
7 and 8 show the electrical properties of the conductive composite, and SAXS analysis results for the AuNP percolation network in the Pu matrix under strain.
7a is a graph showing the normalized resistance at the top surface of the outermost layer of 3L and 9L high-gradient and low-gradient conductive composites under various strain conditions.
7b is a graph showing the vertical conductivity of the low-gradient conductive composite with increasing number of layers.
7c is a graph showing the change in vertical conductivity of 5L and 9L low-gradient conductive composites under deformation.
8a is a schematic diagram showing an in-situ SAXS measurement experiment setup.
8b shows the SAXS pattern at selected uniaxial strains of 0%, 50% and 100% for pure Pu and 50 wt% AuPu films, and the behavior of AuNPs (yellow spheres) in the matrix and under the strain determined by SAXS analysis. It represents changes in the electrical pathway (red line).
8c shows the calculated Herman's orientation factor, f, for pure Pu and 50 wt% AuPU films.
9 shows the electrochemical performance of a flexible aqueous lithium ion battery including a conductive composite.
9a is a three-electrode system using Pt electrode and Ag/AgCl electrode as counter electrode and reference electrode, respectively, and 1M Li 2 SO 4 as electrolyte, GAP anode (PI/CNT) and GAP cathode (LMO) at various current densities. /CNT).
9b and 9c show the galvanostatic charge-discharge curves of the GAP negative electrode and the GAP positive electrode, respectively.
9d represents the cycling performance of a full cell with a current density of 0.5 A/g at 0.0 to 2.2 V in 1M Li 2 SO 4 for 1,000 cycles.
9e is a schematic diagram of a flexible water-based rechargeable lithium-ion battery manufactured using a GAP positive electrode and a negative electrode having a coplanar layout.
9f shows the cycle performance of the stretchable full cell at a current density of 0.5 A/g at various strains of 0-30% over 100 cycles.
9g represents capacity retention as a function of cycle at a current density of 0.5 A/g.
9h is a photograph of an LED bulb operated using stretchable aqueous lithium-ion cells at 0% and 30% strain.

본 발명은 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및 The present invention provides a conductive layer including a first stretchable polymer and a first conductive material; And

제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하는 전도성 복합체를 제공한다. It provides a conductive composite comprising an elastic layer including a second elastic polymer and a second conductive material.

본 발명에 따른 전도성 복합체는 신축성 고분자 및 전도성 물질의 함량이 제어된 전도성층 및 신축성층을 포함하므로, 신축성 및 전도성이 모두 우수하며 연신과 수축 과정에서도 전기 전도도가 우수한 복합체를 제조할 수 있다. Since the conductive composite according to the present invention includes a conductive layer and a stretchable layer in which the content of the stretchable polymer and the conductive material is controlled, both stretchability and conductivity are excellent, and a composite having excellent electrical conductivity can be manufactured even in the process of stretching and contracting.

본 발명에서는 상기 전도성 복합체를 GAP(gradient assembled polyurethane) 다층 전도체 또는 GAP로 표현할 수 있다. In the present invention, the conductive composite may be expressed as a GAP (gradient assembled polyurethane) multilayer conductor or GAP.

본 발명에서 전도성 복합체에 포함되는 각각의 층은 단일-층 AuPU 필름으로 표현할 수 있다. 상기 단일-층 AuPU 필름은 나노- 및 메조- 스케일 구조를 모두 제어할 수 있는 음으로 하전된 전도성 물질 및 양으로 하전된 신축성 고분자를 포함한다. 그리고, 상기 필름들을 사용하여 구배를 가지는 전도성 복합체를 설계할 수 있다(도 1). 구체적으로, 전도성 물질을 다양한 비율로 함유하는 각각의 단일-층 AuPU 필름을 적층하여 마이크로- 및 매크로- 스케일 구조를 제어할 수 있다. Each layer included in the conductive composite in the present invention can be expressed as a single-layer AuPU film. The single-layer AuPU film includes a negatively charged conductive material and a positively charged stretchable polymer capable of controlling both nano- and meso-scale structures. And, it is possible to design a conductive composite having a gradient using the films (FIG. 1). Specifically, micro- and macro-scale structures can be controlled by laminating each single-layer AuPU film containing a conductive material in various ratios.

후술할 본 발명의 실시예에 따르면, 전도성 복합체는 고-구배 구조에서 300% 이상의 변형률에 대한 기계적 신축성(mechanical stretchability)을 가질 수 있으며, 저-구배 구조에서 중간층의 수를 증가시킴으로써 전도체의 상부에서 하부면으로의 면을 통한 전도도(through-plane conductivity)를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention to be described later, the conductive composite may have mechanical stretchability against a strain of 300% or more in a high-gradient structure, and in a low-gradient structure, by increasing the number of intermediate layers, Through-plane conductivity can be improved.

이하, 본 발명에 따른 전도성 복합체를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the conductive composite according to the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 전도성층은 전도성 복합체 내에서 전도성을 부여할 수 있다. In the present invention, the conductive layer may impart conductivity within the conductive composite.

일 구체예에서, 전도성층은 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하며, 상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%, 85 내지 92 중량%, 또는 90 중량%일 수 있다. 또한, 제 1 신축성 고분자의 함량은 5 내지 20 중량%, 8 내지 15 중량% 또는 10 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 전도성이 우수한 복합체를 제조할 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나면 전기화학소자에의 적용이 어려울 우려가 있다. In one embodiment, the conductive layer includes a first stretchable polymer and a first conductive material, and the content of the first conductive material in the conductive layer may be 80 to 95% by weight, 85 to 92% by weight, or 90% by weight. have. In addition, the content of the first stretchable polymer may be 5 to 20% by weight, 8 to 15% by weight, or 10% by weight. In the above range, a composite having excellent conductivity can be prepared, and outside the above content range, there is a concern that it is difficult to apply it to an electrochemical device.

또한, 본 발명에서 신축성층은 전도성 복합체 내에서 신축성을 부여할 수 있다. In addition, in the present invention, the stretchable layer may impart stretchability within the conductive composite.

일 구체예에서, 신축성층은 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하며, 상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%, 40 내지 60 중량% 또는 80 내지 90 중량%일 수 있다. 또한, 제 2 신축성 고분자의 함량은 10 내지 60 중량%, 40 내지 60 중량% 또는 10 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 제 2 전도성 물질의 함량은 제 1 전도성 물질의 함량보다 낮을 수 있다. 상기 범위에서 전도성과 함께 신축성이 우수한 복합체를 제조할 수 있으며, 상기 함량 범위를 벗어나면 전기화학소자에의 적용이 어려울 우려가 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 신축성층이 전도성 물질을 포함하므로, 수평 방향과 더불어 수직 방향에서도 전도성을 가지는 복합체를 제조할 수 있다.In one embodiment, the stretchable layer includes a second stretchable polymer and a second conductive material, and the content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 90% by weight, 40 to 60% by weight, or 80 to 90% by weight. I can. In addition, the content of the second stretchable polymer may be 10 to 60% by weight, 40 to 60% by weight, or 10 to 20% by weight. The content of the second conductive material may be lower than that of the first conductive material. In the above range, a composite having excellent conductivity and elasticity can be prepared, and outside the above content range, there is a concern that it may be difficult to apply to an electrochemical device. In particular, in the present invention, since the stretchable layer includes a conductive material, a composite having conductivity in a vertical direction as well as a horizontal direction can be manufactured.

예를 들어, 제 2 전도성 물질의 함량을 40 내지 60 중량%, 45 내지 55 중량%, 또는 48 내지 52 중량%로 조절할 수 있는데, 상기 함량 범위를 사용할 경우 고-구배 전도성 복합체의 형성이 가능하다. 이때, 제 1 전도성 물질의 함량은 85 내지 95 중량%일 수 있다. For example, the content of the second conductive material can be adjusted to 40 to 60% by weight, 45 to 55% by weight, or 48 to 52% by weight, and when the content range is used, a high-gradient conductive composite can be formed. . In this case, the content of the first conductive material may be 85 to 95% by weight.

또한, 예를 들어, 제 2 전도성 물질의 함량을 80 내지 90 중량, 82 내지 88 중량% 또는 85 중량%로 조절할 수 있는데, 상기 함량 범위를 사용할 경우 저-구배 전도성 복합체의 형성이 가능하다. 이때, 제 1 전도성 물질의 함량은 90 내지 95 중량%일 수 있으며, 상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가질 수 있다.In addition, for example, the content of the second conductive material may be adjusted to 80 to 90% by weight, 82 to 88% by weight, or 85% by weight, and when the content range is used, a low-gradient conductive composite can be formed. In this case, the content of the first conductive material may be 90 to 95% by weight, and the first conductive material may have a higher content than the second conductive material.

일 구체예에서, 신축성 고분자는 신축성을 가진다면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 1 신축성 고분자 및 제 2 신축성 고분자로 각각 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부틸렌(polybutylene). 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리이소프렌(polyisoprene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제 1 신축성 고분자 및 제 2 신축성 고분자로 폴리우레탄(PU)을 사용하였다. In one embodiment, the stretchable polymer is not particularly limited as long as it has stretchability. For example, as a first stretchable polymer and a second stretchable polymer, polyurethane (polyurethane, PU), polystyrene, polybutadiene, and polybutylene, respectively. One or more selected from the group consisting of polyethylene and polyisoprene may be used. In an embodiment of the present invention, polyurethane (PU) was used as the first stretchable polymer and the second stretchable polymer.

일 구체예에서, 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 금 나노입자, 은 나노입자, 구리 입자, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질로 금 나노입자(AuNP)를 사용하였다. 상기 금 나노입자는 변형이 있는 고분자 매트릭스 내에서 보다 큰 자유도를 나타낼 수 있으므로, 본 발명의 전도성 물질로 적합하다. In one embodiment, the first conductive material and the second conductive material may each be at least one selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, copper particles, carbon nanotubes, and graphene. In an embodiment of the present invention, gold nanoparticles (AuNPs) are used as the first conductive material and the second conductive material. The gold nanoparticles are suitable as the conductive material of the present invention, since they can exhibit a greater degree of freedom in the modified polymer matrix.

상기 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 평균 직경(나노입자일 경우 평균 입경)이 1 내지 100 nm, 10 내지 50 nm 또는 15 내지 30 nm일 수 있다. 상기 범위에서 신축성 고분자 내에서의 분산성이 우수하며, 높은 전기 전도도를 부여할 수 있다. 상기 전도성 물질은 시판되는 제품을 사용하거나 실험실 등에서 합성하여 사용할 수 있다. Each of the first conductive material and the second conductive material may have an average diameter (average particle diameter in the case of nanoparticles) of 1 to 100 nm, 10 to 50 nm, or 15 to 30 nm. It is excellent in dispersibility in the stretchable polymer within the above range, and high electrical conductivity can be imparted. The conductive material may be used commercially or synthesized in a laboratory.

본 발명에 따른 전도성 복합체는 전술한 전도성층 및 신축성층을 포함하고, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층될 수 있다. 상기 전도성층 및 신축성층이 3층 이상 적층될 경우 최외부층 중 양층은 전도성층일 수 있다. 상기 전도성층을 최외부에 위치시킴으로써 전도성 복합체의 구조 안정성을 향상시킬 수 있으며, 외부로부터의 충격에 안정적일 수 있다. The conductive composite according to the present invention includes the aforementioned conductive layer and stretchable layer, and the conductive layer and stretchable layer may be alternately stacked. When three or more layers of the conductive layer and the stretchable layer are stacked, both layers of the outermost layer may be conductive layers. By placing the conductive layer on the outermost side, the structural stability of the conductive composite may be improved, and it may be stable against external impact.

또한, 본 발명에 따른 전도성 복합체의 총 층수는 3층 이상, 3층 내지 15층 또는 3층 내지 9층일 수 있다. 본 발명에서는 총 층수에 따라 전도성 복합체를 3L(3층으로 구성), 5L(5층으로 구성) 등으로 표현할 수 있다. 또한, 상기 전도성 복합체의 양쪽 최외부층은 전도성층으로 구성되므로, 상기 최외부층을 제외한 층을 중간층(interlayers)이라 표현할 수 있다. In addition, the total number of layers of the conductive composite according to the present invention may be 3 or more, 3 to 15 layers, or 3 to 9 layers. In the present invention, the conductive composite may be expressed as 3L (consisting of 3 layers), 5L (consisting of 5 layers), etc. according to the total number of layers. In addition, since both outermost layers of the conductive composite are composed of conductive layers, layers other than the outermost layer may be referred to as interlayers.

일 구체예에서, 전도성 복합체가 3L로 구성되면 전도성층/신축성층/전도성층의 구조를 가질 수 있으며, 5L로 구성되면 전도성층/신축성층/전도성층/신축성층/전도성층의 구조를 가질 수 있다. 특히, 본 발명에서는 중간층의 수를 증가시켜, 영률 등의 물성을 보다 향상시킬 수 있다. In one embodiment, when the conductive composite is composed of 3L, it may have a structure of a conductive layer/stretchable layer/conductive layer, and if composed of 5L, it may have a structure of a conductive layer/stretchable layer/conductive layer/stretchable layer/conductive layer. have. In particular, in the present invention, physical properties such as Young's modulus can be further improved by increasing the number of intermediate layers.

일 구체예에서, 전도성 복합체가 신축성층을 2층 이상 포함할 경우, 상기 신축성층 각각은 동일한 조성을 가지거나, 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 또한, 전도성층을 2층 이상 포함할 경우, 상기 전도성층 각각은 동일한 조성을 가지거나, 서로 다른 조성을 가질 수 있다.In one embodiment, when the conductive composite includes two or more stretchable layers, each of the stretchable layers may have the same composition or different compositions. In addition, when two or more conductive layers are included, each of the conductive layers may have the same composition or different compositions.

또한, 일 구체예에서 전도성 복합체의 두께는 10 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 상기 두께 범위에서 전기화학소자에 적용이 용이하다. 한편, 전도성 복합체의 최외부층의 두께는 2 내지 10 ㎛일 수 있다. 전도성 복합체의 총 층수가 증가할 경우, 상기 전도성 복합체의 총 두께는 증가시키기 않고, 중간층의 층수를 분할하는 방식으로 총 층수를 증가시킬 수 있다. In addition, in one embodiment, the thickness of the conductive composite may be 10 to 100 μm. It is easy to apply to an electrochemical device in the above thickness range. Meanwhile, the thickness of the outermost layer of the conductive composite may be 2 to 10 μm. When the total number of layers of the conductive composite increases, the total number of layers may be increased by dividing the number of intermediate layers without increasing the total thickness of the conductive composite.

또한, 본 발명은 전술한 전도성 복합체의 제조 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a method of manufacturing the above-described conductive composite.

본 발명에 따른 전도성 복합체의 제조 방법은 (S1) 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계;The method of manufacturing a conductive composite according to the present invention includes the steps of (S1) forming a conductive layer using a first mixture including a first stretchable polymer and a first conductive material;

(S2) 상기 전도성층 상에 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 제 2 혼합물을 사용하여 신축성층을 형성하는 단계; 및 (S2) forming a stretchable layer on the conductive layer by using a second mixture including a second stretchable polymer and a second conductive material; And

(S3) 상기 신축성층 상에 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S3) forming a conductive layer on the stretchable layer using a first mixture including a first stretchable polymer and a first conductive material.

상기 단계 (S1) 내지 (S3)에서 신축성 고분자 및 전도성 물질은 전술한 신축성 고분자 및 전도성 물질을 제한없이 사용할 수 있다. In the steps (S1) to (S3), the stretchable polymer and the conductive material may be used without limitation, without limitation.

일 구체예에서, 단계 (S1)을 통해 전도성층을 형성하고, 단계 (S2)를 통해 신축성층을 형성하며, 단계 (S3)을 통해 전도성층을 형성할 수 있다. 즉, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층될 수 있으며, 단계 (S2) 및 단계 (S3)을 1회 이상 수행하여 총 층수가 3층 이상인 전도성 복합체를 제조할 수 있다. 상기 전도성층 및 신축성층이 3층 이상 적층될 경우 최외부층 중 양층은 전도성층일 수 있다. In one embodiment, a conductive layer may be formed through step (S1), an elastic layer may be formed through step (S2), and a conductive layer may be formed through step (S3). That is, the conductive layer and the stretchable layer may be alternately stacked, and steps (S2) and (S3) may be performed at least once to prepare a conductive composite having a total number of layers of 3 or more. When three or more layers of the conductive layer and the stretchable layer are stacked, both layers of the outermost layer may be conductive layers.

또한, 본 발명에 의해 제조된 전도성 복합체의 총 층수는 3층 이상, 3층 내지 15층 또는 3층 내지 9층일 수 있다.In addition, the total number of layers of the conductive composite manufactured by the present invention may be 3 or more, 3 to 15 layers, or 3 to 9 layers.

본 발명에서는 진공여과(vacuum-assisted filtration, VAF)를 통해 전도성층 또는 신축성층을 제조하며, 또한, 다층박막적층법(LbL)을 통해 상기 층들을 적층하여 전도성 복합체를 제조할 수 있다. 상기 진공여과를 통해 일정 수준의 나노스케일 구조를 제어할 수 있으며, 더 큰 변형률을 제공할 수 있다. 일 구체예에서, 진공 여과는 0.1 내지 5 ㎛의 기공 크기를 가지는 여과 종이를 사용하여 수행할 수 있다. 또한, LbL 적층을 통해 고도로 정연한 구조를 구현할 수 있고, 연속 조립(sequential assembly)을 통해 높은 전도도(conductance)를 가능하게 하며, 미세한 두께의 제어가 가능하다.In the present invention, a conductive layer or a stretchable layer is prepared through vacuum-assisted filtration (VAF), and a conductive composite may be prepared by stacking the layers through a multilayer thin film lamination method (LbL). Through the vacuum filtration, a certain level of nanoscale structure can be controlled, and a larger strain can be provided. In one embodiment, vacuum filtration may be performed using filter paper having a pore size of 0.1 to 5 μm. In addition, it is possible to implement a highly ordered structure through LbL lamination, enable high conductivity through sequential assembly, and control fine thickness.

또한, 본 발명은 전술한 전도성 복합체; 및 In addition, the present invention is the conductive composite described above; And

상기 전도성 복합체 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하는 전기화학소자용 전극에 관한 것이다. It relates to an electrode for an electrochemical device including an electrode active material layer positioned on the conductive composite.

본 발명에 따른 전도성 복합체는 전술한 전도성 복합체를 사용할 수 있으며, 구체적으로, 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고, 상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며, 상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고, 상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상인 전도성 복합체일 수 있다. The conductive composite according to the present invention may use the conductive composite described above, and specifically, a conductive layer including a first stretchable polymer and a first conductive material; And a stretchable layer comprising a second stretchable polymer and a second conductive material, wherein the content of the first conductive material in the conductive layer is 80 to 95% by weight, and the content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 90% by weight, the first conductive material has a higher content than the second conductive material, the conductive layer and the elastic layer are alternately stacked, both of the outermost layers are conductive layers, and the total number of layers is 3 or more. It can be a complex.

상기 전도성 복합체는 전극 내에서 집전체(current collector)의 역할을 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학소자용 전극은 전도성 복합체를 포함하므로, 연신과 수축이 가능한 유연성을 가지면서도, 우수한 강도를 가질 수 있다. 또한, 전도성 물질이 전도성층 및 신축성층 모두에 존재하여 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 전도성을 가질 수 있으며, 연신과 수축 전후로 전기 전도성이 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 전극을 적용한 전지는 유연성, 안전성 및 전기화학적 성능 등을 발현할 수 있다. The conductive composite may serve as a current collector in the electrode. Since the electrode for an electrochemical device according to the present invention includes a conductive composite, the electrode for an electrochemical device according to the present invention may have flexibility in stretching and contraction, and excellent strength. In addition, since the conductive material is present in both the conductive layer and the stretchable layer, it may have conductivity not only in a horizontal direction but also in a vertical direction, and electrical conductivity may be maintained before and after stretching and contracting. Accordingly, the battery to which the electrode is applied can exhibit flexibility, safety, and electrochemical performance.

또한, 일 구체에에서, 전극 활물질층은 전도성 복합체 상에 위치한다. 이러한 전극 활물질층은 상기 전도성 복합체 상에 직접 전극 활물질층을 형성할 수 있고, 별도의 도전성 필름 상에 전극 활물질층을 형성한 뒤 상기 전도성 복합체 상에 전사할 수 있다.Further, in one embodiment, the electrode active material layer is located on the conductive composite. Such an electrode active material layer may directly form an electrode active material layer on the conductive composite, and may be transferred onto the conductive composite after forming an electrode active material layer on a separate conductive film.

상기 전극 활물질층은, 평균 입경이 100 내지 500 ㎚인 전극 활물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전극이 음극일 경우 그래파이트(Graphite), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), TiO2 및 L4Ti5O12 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 음극 활물질을 포함할 수 있으며, 상기 전극이 양극일 경우 LiCoO2, LiMnO2, LiFePO4 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 양극 활물질을 포함할 수 있다. The electrode active material layer may include an electrode active material having an average particle diameter of 100 to 500 nm. In this case, when the electrode is a negative electrode, it may include at least one negative active material selected from the group consisting of graphite, silicon (Si), germanium (Ge), TiO 2 and L 4 Ti 5 O 12 , and the like, and the electrode In the case of the positive electrode, at least one positive electrode active material selected from the group consisting of LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiFePO 4 , and the like may be included.

상기 전극 활물질층의 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 일 수 있다. The electrode active material layer may have a thickness of 0.1 to 10 μm.

또한, 본 발명은 양극;In addition, the present invention is a positive electrode;

음극; 및 cathode; And

상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하며, Including an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode,

상기 양극 및 음극 중 적어도 하나의 전극은 전술한 전기화학소자용 전극인 전기화학소자를 제공한다. At least one of the anode and the cathode provides an electrochemical device which is the electrode for an electrochemical device described above.

본 발명에서는 전술한 전극을 상기 양극 및 상기 음극 중 어느 하나의 전극에 적용함으로써, 얇은 두께로 구현할 수 있고, 우수한 유연성을 발현할 수 있으며, 안전하고, 수명 특성이 우수한 전기화학소자를 제공할 수 있다. In the present invention, by applying the above-described electrode to any one of the positive electrode and the negative electrode, it is possible to implement a thin thickness, exhibit excellent flexibility, and provide an electrochemical device that is safe and has excellent lifespan characteristics. have.

일 구체예에서, 전기화학소자는 수계 이차 메탈 이온 전지, 리튬 이차 전지, 나트륨 이차 전지 또는 수퍼 캐페시터(super capacitor)일 수 있다.In one embodiment, the electrochemical device may be an aqueous secondary metal ion battery, a lithium secondary battery, a sodium secondary battery, or a super capacitor.

또한, 전기화학소자는 이른바 "연신 가능 에너지 저장 시스템"으로, 웨어러블(wearable) 기기, 플렉서블(flexible) 기기 등에 적용되기에 적합한다. In addition, the electrochemical device is a so-called "stretchable energy storage system", and is suitable for application to wearable devices, flexible devices, and the like.

전기화학소자에서 전해질은 당 업계에서 사용되는 전해질을 사용할 수 있다. 상기 전해질은 상기 양극과 음극을 분리하고, 금속 이온의 이동 통로를 제공하며 연신 및 수축 과정에서 그 형태를 유지시킬 수 있다. In the electrochemical device, an electrolyte used in the art may be used. The electrolyte may separate the positive electrode and the negative electrode, provide a passage for moving metal ions, and maintain their shape during stretching and contracting.

일 구체예에서 전기화학소자의 패키징 소재로 PDMS(poly dimethlysiloxane) 등을 사용할 수 있다. In one embodiment, poly dimethlysiloxane (PDMS) or the like may be used as a packaging material for the electrochemical device.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid in understanding the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the present invention and the scope of the technical idea, but it is natural that such changes and modifications belong to the appended claims.

실시예Example

제조예Manufacturing example 1. 금 나노입자 합성 1. Synthesis of gold nanoparticles

Gold(III) chloride trihydrate(HAuCl4 * 3H2O, Sigma-Aldrich) 360.0 mg을 탈이온수 500 ml에 첨가하여 금 전구체 용액을 제조하였다. 상기 금 전구체 용액을 95℃에서 20 분 동안 격력하게 교반하면서 가열하고, 이어서, 시트르산 용액 100 ml(34 mM)를 첨가하였다. 그 후, 20 분 동안 가열하고 실온에서 냉각시켰다. Gold (III) chloride trihydrate (HAuCl 4 * 3H 2 O, Sigma-Aldrich) 360.0 mg was added to 500 ml of deionized water to prepare a gold precursor solution. The gold precursor solution was heated with vigorous stirring at 95° C. for 20 minutes, and then 100 ml (34 mM) of a citric acid solution was added. Then, it was heated for 20 minutes and cooled at room temperature.

상기 제조예 1에서 제조된 금 나노입자의 평균 직경은 21.5±5.3 nm였다.The average diameter of the gold nanoparticles prepared in Preparation Example 1 was 21.5±5.3 nm.

본 발명에서는 시트레이트(citrate)에 의해 안정화된 음으로 하전된 금 나노입자(AuNP)를 제조할 수 있으며, 상기 금 나노입자는 전도성 복합체(stretchable conductors)의 전도성 물질로 사용될 수 있다. 나노와이어(nanowires)와 나노튜브(nanotubes)도 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지므로 전도성 복합체로 사용될 수 있으나, 제조예 1에서 제조된 나노입자(NP)는 변형이 있는 고분자 매트릭스 내에서 보다 큰 자유도를 나타낼 수 있으므로 바람직하다. In the present invention, negatively charged gold nanoparticles (AuNP) stabilized by citrate may be prepared, and the gold nanoparticles may be used as a conductive material for stretchable conductors. Since nanowires and nanotubes also have a high aspect ratio, they can be used as conductive composites, but the nanoparticles (NP) prepared in Preparation Example 1 have a greater degree of freedom in a polymer matrix with deformation. It is preferable because it can represent.

제조예Manufacturing example 2. 단일-층 2. Single-layer AuPUAuPU 필름 제조 Film manufacturing

양으로 하전된 수-분산성 PU 현탁액을 전도성 복합체를 제조하기 위한 신축성 고분자(탄성 성분, elastomeric component)로 사용하였다.A positively charged water-dispersible PU suspension was used as an elastic polymer (elastomeric component) to prepare a conductive composite.

1.0 vol% 폴리우레탄 수용액(Mw: 약 92,000, Hepce Chem, Korea) 0.50, 1.0 또는 4.0 mL를 제조예 1에서 제조된 금 나노입자(AuNP) 분산액 250 mL(금 나노입자 농도: 0.1 g/L 내지 1 g/L)에 교반하면서 천천히 첨가하여, 금 나노입자의 함량이 각각 90, 85, 또는 50 wt%인 혼합물(AuPU 혼합물)을 제조하였으며, 추가로 5분 동안 교반하였다. 1.0 vol% polyurethane aqueous solution (Mw: about 92,000, Hepce Chem, Korea) 0.50, 1.0 or 4.0 mL of the gold nanoparticles (AuNP) dispersion prepared in Preparation Example 1 250 mL (gold nanoparticle concentration: 0.1 g/L to 1 g/L) was added slowly while stirring to prepare a mixture (AuPU mixture) having a gold nanoparticle content of 90, 85, or 50 wt%, respectively, and stirred for an additional 5 minutes.

각각의 혼합물을 기공 크기가 0.8 ㎛이고 직경이 47 mm인 여과지(filter paper)를 사용하여 진공여과하였다. 제조된 필름을 실온에서 1일 동안 완전히 건조시킨 후 상기 필름을 여과지로부터 박리하였다. Each mixture was vacuum filtered using filter paper having a pore size of 0.8 μm and a diameter of 47 mm. After the prepared film was completely dried at room temperature for 1 day, the film was peeled from the filter paper.

상기 제조된 단일-층 AuPU 필름은 AuPU로 표시될 수 있으며, 금 나노입자의 함량에 따라 ~ 중량%(wt%) AuPU 필름으로 표시될 수 있다.The prepared single-layer AuPU film may be represented by AuPU, and may be represented by ~% by weight (wt%) AuPU film according to the content of gold nanoparticles.

한편, 1.0 vol% 폴리우레탄 수용액을 진공여과하여(진공여과 조건은 단일-층 AuPU 필름 제조와 동일) 순수(neat) PU 필름을 제조하였다. On the other hand, 1.0 vol% polyurethane aqueous solution was vacuum filtered (vacuum filtration conditions are the same as for single-layer AuPU film production) to prepare a neat PU film.

실험예Experimental example 1. 단일-층 1. single-layer AuPUAuPU 필름의 물성 측정 Measurement of film properties

제조예 2에서 제조된 단일-층 AuPU 필름의 물성을 측정하였다. The physical properties of the single-layer AuPU film prepared in Preparation Example 2 were measured.

상기 측정 결과를 도 2에 나타내었다. The measurement results are shown in FIG. 2.

순수(neat) PU 필름의 경우 615%의 신축성(stretchability)을 나타내었다. PU 매트릭스, 즉 단일-층 AuPU 필름의 경우, 필름 내의 금 나노입자(AuNP)의 함량을 50 중량%에서 85 중량% 및 90 중량%로 증가 시키면, AuPU 필름의 신축성이 각각 380%에서 140% 및 2%로 급격히 감소하였다. 대조적으로, 90 중량% AuPU 필름은 1 Ω 미만의 저항을 보이며, 이는 금속 전도체와 유사하였다. 또한 상기 필름은 100 회의 구부림 사이클(bending cycles)에서 저항 변화가 관찰되지 않았다.In the case of a neat PU film, it showed a stretchability of 615%. In the case of a PU matrix, that is, a single-layer AuPU film, when the content of gold nanoparticles (AuNP) in the film is increased from 50% to 85% and 90% by weight, the elasticity of the AuPU film is from 380% to 140%, respectively. It decreased sharply to 2%. In contrast, the 90% by weight AuPU film showed a resistivity of less than 1 Ω, which was similar to a metal conductor. In addition, no change in resistance was observed in the film in 100 bending cycles.

따라서, 각각의 단일-층 AuPU 필름의 전도성(conductivity)과 신축성(stretchability)과 관련된 한계를 극복하기 위하여, 본 발명에서는 VAF 및 LbL 적층법을 사용하여 제조된 단일-층 AuPU 필름을 적층하여 다층을 가지는 새로운 구조적인 전도성 복합체를 설계하였다.Therefore, in order to overcome the limitations related to the conductivity and stretchability of each single-layer AuPU film, in the present invention, a multilayer is formed by laminating a single-layer AuPU film manufactured using the VAF and LbL lamination method. Eggplant designed a new structural conductive composite.

제조예Manufacturing example 3. 전도성 복합체(GAP 다층 전도체) 제작 3. Conductive composite (GAP multilayer conductor) fabrication

90 중량% AuPU 필름을 상부 및 하부 최외부층 표면 모두에서 전도성층으로 사용하였고, 그 사이에 신축성층으로 50 중량% AuPU 필름 또는 85 중량% AuPU 필름을 사용하였다. 이 새로운 디자인은 전도체 전체에 금 나노입자가 분포된 고-구배(즉, 95 중량% AuPU 필름 및 50 중량% AuPU 필름) 및 저-구배(즉, 95 중량% AuPU 필름 및 85 중량% AuPU 필름) 다층 구조를 제공할 수 있다. 상기 다층 구조는 3개의 층으로 구성되며, 3-층 GAP 다층 전도체(3L)라 표현할 수 있다.A 90% by weight AuPU film was used as a conductive layer on both the upper and lower outermost layer surfaces, and a 50% by weight AuPU film or an 85% by weight AuPU film was used as an elastic layer therebetween. This new design features high-gradient (i.e. 95% by weight AuPU film and 50% by weight AuPU film) and low-gradient (i.e. 95% by weight AuPU film and 85% by weight AuPU film) with gold nanoparticles distributed throughout the conductor. A multi-layered structure can be provided. The multilayer structure consists of three layers, and can be expressed as a three-layer GAP multilayer conductor (3L).

(1) 3L 고-(1) 3L high- 구배gradient 전도성 복합체 제작 Fabrication of conductive composite

층화된 다층 구조는 진공하에서 단일-층 AuPU 필름의 물리적 트래핑을 교대로 수행하여 제조하였다. The layered multilayer structure was prepared by alternating physical trapping of single-layer AuPU films under vacuum.

먼저, 금 나노입자의 함량이 90 중량%인 AuPU 혼합물을 진공여과하여 전도성층을 제조한 다음, 금 나노입자의 함량이 50 중량%인 AuPU 혼합물을 진공여과하여 신축성층을 제조하였다. First, a conductive layer was prepared by vacuum filtering an AuPU mixture having a content of gold nanoparticles of 90% by weight, and then vacuum filtering an AuPU mixture having a content of gold nanoparticles of 50% by weight to prepare a stretchable layer.

최종적으로, 금 나노입자의 함량이 90 중량%인 AuPU 혼합물을 다시 진공여과하여 전도성층을 제조하여, 3L 고-구배(즉, 95/50/95 중량%) 전도성 복합체를 제조하였다. Finally, the AuPU mixture containing 90% by weight of gold nanoparticles was vacuum filtered to prepare a conductive layer, thereby preparing a 3L high-gradient (ie, 95/50/95% by weight) conductive composite.

(2) 3L 저-(2) 3L low- 구배gradient 전도성 복합체 제작 Fabrication of conductive composite

먼저, 금 나노입자의 함량이 90 중량%인 AuPU 혼합물을 진공여과하여 전도성층을 제조한 다음, 금 나노입자의 함량이 85 중량%인 AuPU 혼합물을 진공여과하여 신축성층을 제조하였다.First, a conductive layer was prepared by vacuum filtering an AuPU mixture having a content of gold nanoparticles of 90% by weight, and then vacuum filtering an AuPU mixture having a content of gold nanoparticles of 85% by weight to prepare a stretchable layer.

최종적으로, 금 나노입자의 함량이 90 중량%인 AuPU 혼합물을 다시 진공여과하여 전도성층을 제조하여, 3L 저-구배(즉, 95/85/95 중량%) 전도성 복합체를 제조하였다.Finally, the AuPU mixture having a content of 90% by weight of gold nanoparticles was vacuum filtered to prepare a conductive layer, thereby preparing a 3L low-gradient (ie, 95/85/95% by weight) conductive composite.

(3) 3L 이상의 전도성 복합체 제작(3) 3L or more conductive composite fabrication

3L 보다 더 적층된 구조를 제조하기 위하여, 전도성층으로 사용되는 혼합물 및 신축성층으로 사용되는 혼합물을 교대로 추가 진공여과하여, 5L, 7L 및 9L 전도성 복합체를 제조하였다. In order to prepare a stacked structure more than 3L, the mixture used as the conductive layer and the mixture used as the stretchable layer were alternately subjected to additional vacuum filtration to prepare 5L, 7L, and 9L conductive composites.

즉, 전도성 복합체의 중간층(interlayers)은 3L의 신축성층 사이에 추가 전도성층을 부가함으로써 다수의 층으로 균일하게 분할된 구조를 가진다.That is, the interlayers of the conductive composite have a structure uniformly divided into a plurality of layers by adding an additional conductive layer between the 3L stretchable layers.

실험예Experimental example 2. 전도성 복합체(GAP 다층 전도체)의 수치 시뮬레이션(Numerical simulation) 2. Numerical simulation of conductive composite (GAP multilayer conductor)

단일-층 AuPU 필름 및 전도성 복합체의 기계적 및 전기적 특성을 입증하기 위하여, ABAQUS/Standard 6.14 software(Dassault System)를 사용하여 유한 원소 시뮬레이션(finite element simulations)을 수행하였다. In order to demonstrate the mechanical and electrical properties of single-layer AuPU films and conductive composites, finite element simulations were performed using ABAQUS/Standard 6.14 software (Dassault System).

층의 응력 분포(stress distribution)를 확인하기 위하여, 선형 탄성 분석(Linear elastic analysis)을 단축 인장(uniaxial tension)하에서 수행하였다. 또한, 전도성 복합체의 수직 전도도(vertical conductivity) 변화를 확인하기 위하여, 전기 전도도 분석(electrical conduction analysis)을 수행하였다. 정상상태 분석(Steady state analysis)은 두 분석에서 모두 수행되었다. 전도성층과 신축성층 사이의 접촉층(contact layer)은 접촉 1 대 1 비를 가정하여 고려되었다. 실험적으로 측정된 전도성 복합체의 각 층의 탄성 특성(elastic properties), 전도성 복합체의 치수(dimensions) 및 변형에 따른 전기적 특성은 모든 시뮬레이션에서 수행되었다.In order to confirm the stress distribution of the layer, linear elastic analysis was performed under uniaxial tension. In addition, in order to confirm the change in the vertical conductivity of the conductive composite, electrical conduction analysis was performed. Steady state analysis was performed in both analyses. The contact layer between the conductive layer and the stretchable layer was considered assuming a 1 to 1 contact ratio. The experimentally measured elastic properties of each layer of the conductive composite, the dimensions of the conductive composite, and the electrical properties according to the deformation were performed in all simulations.

(1) (One) TGATGA 분석 analysis

3L 내지 9L 고-구배 또는 저-구배 전도성 복합체에 대하여 TGA 분석을 수행하였다. TGA analysis was performed on 3L to 9L high-gradient or low-gradient conductive composites.

도 3에 나타난 바와 같이, TGA(Thermogravimetric Analysis) 결과, 고-구배 및 저-구배 전도성 복합체의 금 나노입자의 특정 함량은 75 중량% 및 88 중량%로 거의 동일하였다. 이러한 결과는 전도성 물질과 신축성 고분자의 조성비를 변화시키지 않으면서, 전도성 복합체의 층수 및 구배 분포(gradient distribution)를 정밀하게 제어할 수 있음을 시사한다.As shown in FIG. 3, as a result of Thermogravimetric Analysis (TGA), the specific content of gold nanoparticles of the high-gradient and low-gradient conductive composites was approximately the same as 75% by weight and 88% by weight. These results suggest that the number of layers and gradient distribution of the conductive composite can be precisely controlled without changing the composition ratio of the conductive material and the stretchable polymer.

(2) 전도성 복합체의 구조 분석 (2) structural analysis of conductive composite

제조예 3에서 제작된 전도성 복합체(GAP 다층 전도체)에 대하여 횡-단면 주사 전자 현미경(cross-sectional scanning electron microscopy, SEM)을 사용하여 구조를 확인하였다(도 4). 다층 구조는 각 층에서 금 나노입자 및 신축성 고분자(PU) 사이의 상대적인 대조를 통해 명확하게 관찰되었다.The structure of the conductive composite (GAP multilayer conductor) prepared in Preparation Example 3 was confirmed using a cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) (FIG. 4). The multilayer structure was clearly observed through the relative contrast between gold nanoparticles and stretchable polymer (PU) in each layer.

이에 상응하는 에너지 분산 X-선 분광법(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 이미지는 금과 탄소의 구배 분포를 나타냈으며, 이는 금 나노입자와 폴리우레탄 모두가 전체 전도성 복합체에 분포되어 있으며, 농도 구배를 나타냄을 시사한다(도 4a 및 4b).The corresponding energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) image showed a gradient distribution of gold and carbon, which indicates that both gold nanoparticles and polyurethane are distributed in the entire conductive composite, and the concentration gradient It suggests that it represents (Figs. 4A and 4B).

(3) 전도성 복합체의 신축성 및 (3) elasticity of the conductive composite and 영률Young's modulus 분석 analysis

고-구배 전도성 복합체는 300% 이상의 신축성을 나타내나, 저-구배 전도성 복합체의 신축성은 100% 미만의 변형률을 나타내었다(도 5a). 고-구배, 저-구배 전도성 복합체의 균열점(rupture point)은 점차적으로 감소하였다. 중간층의 수가 증가하면, 영률이 증가하였다(도 5b 및 5c). 고-구배 전도성 복합체의 영률은 저-구배 전도성 복합체보다 낮았으며, 저-구배 전도성 복합체에서 폴리우레탄에 대한 금 나노입자의 비율이 높으면 딱딱하고 단단한 전도성 복합체가 생겨 낮은 신축성을 나타내었다.The high-gradient conductive composite exhibited stretchability of 300% or more, but the stretchability of the low-gradient conductive composite exhibited a strain of less than 100% (FIG. 5A). The rupture point of the high-gradient and low-gradient conductive composites gradually decreased. As the number of intermediate layers increased, the Young's modulus increased (FIGS. 5b and 5c). The Young's modulus of the high-gradient conductive composite was lower than that of the low-gradient conductive composite, and when the ratio of gold nanoparticles to polyurethane in the low-gradient conductive composite was high, a hard and hard conductive composite was formed, indicating low elasticity.

한편, 본 발명에서는 SEM을 사용하여 변형하에서 전도성 복합체의 형태(morphology) 및 내부 구조(internal structure)의 변화를 확인하였다. 상부 표면 이미지는 AuNP-앵커된 폴리우레탄 사슬(Au NP-anchored PU chains)의 3D 상호 연결된 미세 다공성 네트워크(3D interconnected microporous networks)를 나타낸다. 변형에 따라 공극(voids) 및 균열(cracks)이 커져 공극률(porosity)이 증가하지만, 견고한 폴리우레탄에서 기인한 전도성 복합체의 양호한 구조 회복이 관찰되었다. 그러나, 9L 고-구배 전도성 복합체의 횡-단면 SEM 이미지에서 변형하에서 나노- 및 마이크로- 크랙으로 인한 전도성 복합체의 일부 응력 파괴(stress failure)가 확인되었다. 이 결과는 심한 균열없이 상부 및 하부의 최외부층에서 전도성층이 파열되는 것을 방지함으로써, 전기적 전도성 표면뿐만 아니라 뛰어난 구조적 회복을 가짐을 설명한다. 또한, 각각의 층에서 동일하고 균일한 성분의 높은 친화성(affinity) 및 상용성(compatibility)으로 인해, 하부층으로부터 층의 박리는 없었다.Meanwhile, in the present invention, changes in the morphology and internal structure of the conductive composite under deformation were confirmed using SEM. The top surface image shows 3D interconnected microporous networks of Au NP-anchored PU chains. Voids and cracks increase with deformation, resulting in an increase in porosity, but a good structural recovery of the conductive composite due to the rigid polyurethane was observed. However, in the cross-sectional SEM image of the 9L high-gradient conductive composite, some stress failure of the conductive composite due to nano- and micro-cracks under deformation was confirmed. This result demonstrates that it has excellent structural recovery as well as an electrically conductive surface by preventing the conductive layer from rupturing in the upper and lower outermost layers without severe cracking. In addition, due to the high affinity and compatibility of the same and uniform components in each layer, there was no delamination of the layer from the lower layer.

(4) 응력 분포 측정(4) Measurement of stress distribution

중간층에서 시작되는 균열 전파(crack propagation)를 통한 전도성 복합체의 균열점(rupture point)을 확인하기 위하여, ABAQUS 소프트웨어 패키지(ABAQUS software package)를 사용하여 5L 및 9L 저-구배 전도성 복합체에서 수평(horizontal) 및 수직(vertical) 방향에서의 응력 분포(stress distribution)를 기계적으로 시뮬레이션하였다. In order to check the rupture point of the conductive composite through crack propagation starting from the intermediate layer, horizontal in 5L and 9L low-gradient conductive composites using the ABAQUS software package. And the stress distribution in the vertical direction was mechanically simulated.

9L 전도성 복합체의 연신 방향(stretching direction)에 따른 수평 응력(horizontal stress)인 σx는 5L 전도성 복합체보다 높았고(도 6a), 반면, 9L 전도성 복합체의 수직 응력(vertical stress)인 σz는 -40.5 kPa(즉, 압축)까지 현저하게 감소하였다(도 6b). 이는 GAP 전도체의 균열점이 중간층 수가 증가함에 따라 감소하였으며, 이는 도 5에 도시된 결과와 일치하였다. 또한, 최외부층에서보다 중간층에서 응력이 더 집중되었다. 결과적으로, 중간층의 집중 응력(concentrated stress)은 최외부층인 전도성층으로부터 시작하기보다는 전도성 복합체의 파열을 시작했으며, 이는 이전의 횡-단면 SEM 이미지와 일치하였다. 따라서, 이를 통해 다층의 구조가 연신(stretching)시 응력 집중(stress concentration)을 분산시키는데 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.The horizontal stress σx of the 9L conductive composite according to the stretching direction was higher than that of the 5L conductive composite (Fig. 6a), whereas the vertical stress σz of the 9L conductive composite was -40.5 kPa ( That is, compression) was significantly reduced (Fig. 6b). This decreased as the number of intermediate layers of the GAP conductor increased, and this was consistent with the results shown in FIG. 5. Also, the stress was more concentrated in the middle layer than in the outermost layer. As a result, the concentrated stress of the intermediate layer started to rupture of the conductive composite rather than starting from the outermost conductive layer, which was consistent with the previous cross-sectional SEM image. Accordingly, it was confirmed that the multilayered structure is advantageous in dispersing the stress concentration during stretching.

한편, 변형에서 중간층의 전기적 연결을 고려하는 것이 중요하다. 그러나, 고-구배 전도성 복합체는 종래의 구조적으로 설계된 도전체와 같이 상부 표면만이 종래의 전도성을 가지므로 한계가 있다. 대조적으로, 저-구배 전도성 복합체는 상부에서 하부 표면까지 완전히 도전성을 가지는데, 고-구배 전도성 복합체보다 훨신 낮은 인장 강도를 가지지만, 3L 저-구배 전도성 복합체는 ~ 50 Ω의 낮은 수직(횡단) 방향 저항을 가진다.On the other hand, it is important to consider the electrical connection of the intermediate layer in the deformation. However, the high-gradient conductive composite has a limitation since only the upper surface has conventional conductivity like a conventional structurally designed conductor. In contrast, the low-gradient conductive composite is completely conductive from the top to the bottom surface, which has much lower tensile strength than the high-gradient conductive composite, but the 3L low-gradient conductive composite has a low vertical (cross) of ~50 Ω. Has directional resistance.

(5) 수직 전도도(vertical conductivity) 변화 분석(5) Analysis of change in vertical conductivity

중간층의 수를 함수로서 신축성층을 통한 전도성 경로의 존재를 증명하기 위하여 저-구배 전도성 복합체의 수직 전도도(vertical conductivity)를 이론적으로 계산하였다(도 7). The vertical conductivity of the low-gradient conductive composite was theoretically calculated to prove the existence of a conductive path through the stretchable layer as a function of the number of intermediate layers (Fig. 7).

중간층의 수를 증가시킴으로써 수직 전도도가 증가하여, 상부면에서 바닥면으로의 관통-형 전기 전도(through-plane electrical conduction)가 용이한 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the vertical conductivity was increased by increasing the number of intermediate layers, so that through-plane electrical conduction from the top surface to the bottom surface is easy.

또한, 5L 및 9L의 저-구배 전도성 복합체에서 수직 전도도의 변화는 각 층의 변형-의존적 전도도를 고려하여 조사되었다(도 7c). 전도체의 최외부층의 수평 전도도(horizontal conductivity) 결과와 대조적으로, 수직 방향의 전도도는 중간층의 수가 증가함에 따라 증가하고, 중간층의 수를 증가시키는 것이 전기 전도성에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다. In addition, the change in vertical conductivity in the 5L and 9L low-gradient conductive composites was investigated in consideration of the strain-dependent conductivity of each layer (Fig. 7c). In contrast to the results of the horizontal conductivity of the outermost layer of the conductor, the conductivity in the vertical direction increased as the number of intermediate layers increased, and it was confirmed that increasing the number of intermediate layers was advantageous for electrical conductivity.

(6) 전기 전도성(Electrical conductivity) 측정(6) Electrical conductivity measurement

전기 전도성(Electrical conductivity)은 전도성 물질 사이의 연결성(connectivity)과 밀접한 관련이 있다. 전도성 복합체에서 안정한 전기 전도성을 유지하기 위하여, 변형시 전도성 물질의 거동이 중요하다.Electrical conductivity is closely related to the connectivity between conductive materials. In order to maintain stable electrical conductivity in the conductive composite, the behavior of the conductive material during deformation is important.

이와 관련하여, in-situ x-선 작은각 산란(small-angle X-ray scattering, SAXS)은 탄성 매트릭스에서 전도성 물질의 거동을 더 잘 이해할 수 있는 방법이다(도 8a-c). 샘플의 SAXS 분석은 0-100%의 변형 범위에서 80 ㎛/s의 일정한 연신 속도(stretching rate)로 수행되었다. 도 8b는 0%, 50% 및 100%의 단축 변형(uniaxial strains)에서 순수 PU 및 50 중량% AuPU 필름의 2D SAXS 패턴을 나타낸다. 초기 비-변형 상태에서, 순수 PU 및 AuPU 필름의 2D 패턴은 등방성 산란(isotropic scattering) 구조(geometry)를 나타내어, 폴리우레탄 및 금 나노입자의 경질 세그먼트(hard segments)의 랜덤 분산을 나타내었다.In this regard, in-situ x-ray small-angle X-ray scattering (SAXS) is a way to better understand the behavior of conductive materials in an elastic matrix (Figs. 8a-c). SAXS analysis of the samples was performed at a constant stretching rate of 80 μm/s in the strain range of 0-100%. 8B shows the 2D SAXS pattern of pure PU and 50% by weight AuPU films at 0%, 50% and 100% uniaxial strains. In the initial non-deformed state, the 2D patterns of pure PU and AuPU films showed isotropic scattering geometry, indicating random dispersion of hard segments of polyurethane and gold nanoparticles.

그러나, 두 샘플은 연신시 서로 다른 산란 패턴(scattering patterns)을 나타내기 시작한다. 순수 PU 필름의 패턴은 변형시 원형(circular)에서 타원형(elliptical shapes)으로 변화하여, PU의 경질 세그먼트가 연신 방향을 따라 정렬되었음을 나타낸다(도 8b). 대조적으로, AuPU 필름은 변형시 중합체 매트릭스에서 금 나노입자의 비-유사(affine) 상대 변위(relative displacements)로 인해, 연신시 나비 모양(butterfly-like)의 패턴을 나타냈다. 필름의 AuNP는 PU 매트릭스보다 높은 전자 밀도(electron density)를 가지며, 이는 필름의 SAXS 패턴이 AuNP로부터 유도된다는 것을 나타낸다. 변형이 증가함에 따라, 금 나노입자는 포아송 수축(Poisson contraction)으로 인해 변형축(strain axis)에 수직(perpendicular)인 래프트형 구조(raft-like structures)의 클러스터를 점차적으로 형성하여, 연신 방향으로 정렬된 밴드형 AuNP 클러스터(banded AuNP clusters)를 형성한다. 이러한 현상은 단축 변형(uniaxial strain)하에서 금 나노입자의 정렬 및 증가된 상호 연결을 유도할 수 있으며, 변형시 전기 전도성(electrical conductivity)을 효과적으로 유지할 수 있다.However, the two samples start to show different scattering patterns upon stretching. The pattern of the pure PU film changes from circular to elliptical shapes upon deformation, indicating that the hard segments of the PU are aligned along the stretching direction (FIG. 8B). In contrast, AuPU films exhibited a butterfly-like pattern upon stretching due to the affine relative displacements of gold nanoparticles in the polymer matrix upon deformation. The AuNP of the film has a higher electron density than the PU matrix, indicating that the SAXS pattern of the film is derived from AuNP. As the deformation increases, the gold nanoparticles gradually form clusters of raft-like structures that are perpendicular to the strain axis due to Poisson contraction. Aligned banded AuNP clusters are formed. This phenomenon can induce alignment and increased interconnection of gold nanoparticles under uniaxial strain, and can effectively maintain electrical conductivity during deformation.

(7) (7) Herman'sHerman's orientation factor(f) 측정 Measurement of orientation factor(f)

또한, AuPU 필름에서 AuPU가 연신 방향에 따라 전도성 밴드로 자기-조립(self-assembly)되는 정도를 정량적으로 확인하기 위하여, Herman's orientation factor(f)를 계산하였다. In addition, in order to quantitatively confirm the degree of self-assembly of the AuPU into a conductive band according to the stretching direction in the AuPU film, Herman's orientation factor (f) was calculated.

변형이 적용될 때, PU의 얼라이먼트의 질(alignment quality)은 세그먼트 도메인(segment domains)의 배향(orientation)으로인해 연신 방향을 따라 증가한다(도 8c). 대조적으로, 금 나노입자의 배향 인자(orientation factor)는 80%의 변형률에서 연신 방향의 퍼콜레이션 네트워크가 붕괴(collapse)되기 시작하고, 이는 도 7a에 나타난 저항의 급격한 증가 지점과 일치한다.When the transformation is applied, the alignment quality of the PU increases along the stretching direction due to the orientation of the segment domains (FIG. 8C). In contrast, the orientation factor of the gold nanoparticles begins to collapse at a strain rate of 80% of the percolation network in the stretching direction, which coincides with the point of a sharp increase in resistance shown in FIG. 7A.

제조예Manufacturing example 4. 전지 제작 4. Battery production

(1) 활성 물질 합성(1) active substance synthesis

CNT(직경이 10-15 nm이고 길이가 ~ 200 ㎛인 다중-벽 CNT(한화 나노텍, korea) 100 mg와 KMnO4(Aldrich) 250 mg을 마노 절구(agate mortar)에서 함께 혼합하였다.100 mg of CNT (10-15 nm in diameter and ~ 200 μm in length) and 250 mg of KMnO4 (Aldrich) were mixed together in an agate mortar.

혼합된 분말을 물 100 mL에 붓고 10 분 동안 교반하였다. H2SO4 (95 %, Samchun) 0.5 mL를 30 분 동안 교반하면서 상기 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물을 1 시간 동안 교반하면서 80℃의 오일 베스에서 가열하였다. 침전물을 여과하여 수집하고, 탈이온수 및 에탄올로 반복적으로 세척하였다. 그 다음 생성물을 60℃의 오븐에서 12 시간 동안 건조시켜 MnO2/CNT를 얻었다. The mixed powder was poured into 100 mL of water and stirred for 10 minutes. 0.5 mL of H 2 SO 4 (95%, Samchun) was added to the mixture with stirring for 30 minutes. The mixture was heated in an oil bath at 80° C. while stirring for 1 hour. The precipitate was collected by filtration and washed repeatedly with deionized water and ethanol. Then, the product was dried in an oven at 60° C. for 12 hours to obtain MnO 2 /CNT.

LMO/CNT를 제조하기 위하여, 상기 제조된 MnO2/CNT 0.25g 및 LiOH · H2O(Sigma Aldrich) 0.26g을 탈이온수 60 mL와 혼합하였다. 혼합물 80 mL를 오토 클레이브에 옮기고, 160℃에서 12 시간 동안 가열하였다. 열수 처리(hydrothermal treatment) 후, 생성된 침전물을 여과하고 증류수로 세척하였다. 오토 클레이브를 실온으로 냉각시킨 후, 생성물을 60℃의 오븐에서 12 시간 동안 건조시켰다. 최종적으로, 생성물을 공기 분위기 하에서 200℃의 로(furnace)에서 3 시간 동안 가열하였다. 이를 통해, LMO/CNT를 제조하였다. In order to prepare LMO/CNT, 0.25 g of MnO 2 /CNT prepared above and 0.26 g of LiOH H 2 O (Sigma Aldrich) were mixed with 60 mL of deionized water. 80 mL of the mixture was transferred to an autoclave and heated at 160° C. for 12 hours. After hydrothermal treatment, the produced precipitate was filtered and washed with distilled water. After cooling the autoclave to room temperature, the product was dried in an oven at 60° C. for 12 hours. Finally, the product was heated in an air atmosphere at 200° C. for 3 hours in a furnace. Through this, LMO/CNT was prepared.

PI/CNT 양극(anode) 물질은 이전에 보고된 프로토콜을 사용하여 합성되고 변형되었다. 추가적으로 1,4,5,8-나프탈렌테트라 카르복실산 2 무수물(1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride) 2.3 mmol 및 CNT 0.50 g을 4-클로로페놀(4-chlorophenol) 40 g과 혼합하였으며, 완전히 혼합될 때까지 55 ℃에서 교반하였다.PI/CNT anode materials were synthesized and modified using a previously reported protocol. Additionally, 2.3 mmol of 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride) and 0.50 g of CNT were mixed with 40 g of 4-chlorophenol, Stir at 55 °C until thoroughly mixed.

상기 혼합물에 에틸렌디아민 0.15 mL를 첨가하고, 200℃에서 6 시간 동안 가열 및 환류(refluxing)시켰다. 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 고체 생성물을 에탄올로 헹군후, 진공여과하였다. 수득된 생성물을 N2 대기하에서 8 시간 동안 300℃에서 건조시켜 잔류 용매를 제거하였다.0.15 mL of ethylenediamine was added to the mixture, followed by heating and refluxing at 200° C. for 6 hours. The mixture was cooled to room temperature, and the solid product was rinsed with ethanol and then vacuum filtered. The obtained product was dried at 300° C. for 8 hours under N 2 atmosphere to remove residual solvent.

(2) 전지 제작(2) battery production

전극은 활성물질(LMO/CNT 또는 PI/CNT), 전도성 물질(super P) 및 바인더(Nafion)(중량비: 8:1:1)로 구성된 혼합물을 60℃ 핫 플레이트(hot plate)에서 스프레이 코팅(spray coating)하여 제조하였다. 상기 전극을 직사각형 모양(rectangular shapes)(30 mm x 10 mm)으로 잘랐다. The electrode is a mixture consisting of an active material (LMO/CNT or PI/CNT), a conductive material (super P), and a binder (weight ratio: 8:1:1) on a hot plate at 60°C. spray coating). The electrodes were cut into rectangular shapes (30 mm x 10 mm).

하프셀 및 풀셀의 전기화학적 특성(electrochemical properties)은 1 M LiSO4 수계 전해질을 가지는 VSP(Bio-Logic Science Instruments, France)를 사용하여 측정되었다. Pt 전극 및 Ag/AgCl 전극을 각각 상대 전극(counter electrode) 및 기준 전극(reference electrodes)으로 사용하였다. 활성물질의 로딩 밀도(loading density)는 0.5 mg/cm였다. 풀셀은 실온에서 0.0 V와 2.2 V 사이에서 수행되었으며, 2 전극 시스템(two-electrode system)을 사용하여 측정되었다. 또한, 산소를 제거하기 위하여, 연속 버블링 질소(bubbling nitrogen)를 가지는 1M Li2SO4를 함유하는 비커 셀에서 풀셀을 테스트 하였다. 포장재(35 mm x 40 mm x 1 mm)와 신축성 풀셀의 스페이서로 PDMS가 사용되었다. 500 μm의 얇은 스페이서는 수계 전해질을 채우기에 충분한 공간을 제공했다. Electrochemical properties of the half-cell and full-cell were measured using a VSP (Bio-Logic Science Instruments, France) having 1 M LiSO4 aqueous electrolyte. A Pt electrode and an Ag/AgCl electrode were used as a counter electrode and a reference electrode, respectively. The loading density of the active material was 0.5 mg/cm. Full cells were performed at room temperature between 0.0 V and 2.2 V, and were measured using a two-electrode system. In addition, in order to remove oxygen, a full cell was tested in a beaker cell containing 1M Li2SO4 with continuous bubbling nitrogen. PDMS was used as the packaging material (35 mm x 40 mm x 1 mm) and the spacer of the stretchable full cell. The 500 μm thin spacer provided enough space to fill the aqueous electrolyte.

신축성 음극 및 양극은 경화되지 않은 PDMS 용액을 사용하여 바닥층에 평행하게 부착되었다. 그 다음, 상부층, 스페이서 및 하부층을 O2 플라즈마(CUTE, Femto Science, Korea) 처리를 사용하여 조립하였다. 최종적으로, 준비된 수계 전해액을 주사기(syringe)를 사용하여 조심스럽게 주입하였다.The stretchable cathode and anode were attached parallel to the bottom layer using an uncured PDMS solution. Then, the upper layer, the spacer, and the lower layer were assembled using O2 plasma (CUTE, Femto Science, Korea) treatment. Finally, the prepared aqueous electrolyte was carefully injected using a syringe.

실험예Experimental example 3. 전도성 복합체를 포함하는 전지의 전기화학적 성능 측정 3. Measurement of electrochemical performance of a battery containing a conductive composite

제작된 전극의 기계적 특성(mechanical properties)은 인장 강도 시험기(tensile strength tester)(DA-01, Petrol LAB, Korea)를 사용하여 측정하였다. 시험편을 도그-본 형태(dog-bone shape)로 절단하였고, 인장 강도 측정 속도는 10 mm/min였다.Mechanical properties of the fabricated electrode were measured using a tensile strength tester (DA-01, Petrol LAB, Korea). The test piece was cut into a dog-bone shape, and the tensile strength measurement speed was 10 mm/min.

전기 전도도(electrical conductivity)는 4 포인트 프로브 장치(four-point probe machine)(FPP-RS8, Dasol Eng, Korea)를 사용하여 측정하였다. 변형(strain) 및 이완(release) 동안 저항(resistance)의 변화는 멀티-미터(multi-meter)를 사용하여 측정하였다. LMO/CNT의 결정 구조는 2500 V에서 Rigaku D/MAX X-선 회절계(X-ray diffractomete, XRD)에 의해 특성화되었다. 전극 및 활성물질의 형태(morphology)는 필드 방사 주사 전자 현미경(field-emission scanning electron microscopy, FE-SEM, 히타치 S-4800)을 사용하여 측정하였다. 투과전자 현미경(Transmission electron microscopy, TEM) 이미지는 JEM 2100(JEOL, Japan)을 사용하여 bright-field mode에서 촬영되었다. PI/CNT의 FT-IR 스펙트럼은 Varian 670 IR 분광기를 사용하여 측정하였다. LMO 및 PI의 질량 함량은 열중량 분석(Thermogravimetric analysis, TGA, TA instruments, Q50, USA)을 사용하여 계산하였다. In situ SAXS 측정은 한국 포항 가속기 연구소(Pohang Accelerator Laboratory)의 6D UNIST-PAL 빔 라인에서 수행되었다. X-선의 에너지는 11.6 keV(파장, λ=1.0668 A)이었다.Electrical conductivity was measured using a four-point probe machine (FPP-RS8, Dasol Eng, Korea). The change in resistance during strain and release was measured using a multi-meter. The crystal structure of LMO/CNT was characterized by a Rigaku D/MAX X-ray diffractometer (X-ray diffractomete, XRD) at 2500 V. The morphology of the electrode and the active material was measured using a field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi S-4800). Transmission electron microscopy (TEM) images were taken in bright-field mode using JEM 2100 (JEOL, Japan). The FT-IR spectrum of PI/CNT was measured using a Varian 670 IR spectrometer. The mass content of LMO and PI was calculated using thermogravimetric analysis (TGA, TA instruments, Q50, USA). In situ SAXS measurements were performed on a 6D UNIST-PAL beam line at Pohang Accelerator Laboratory in Korea. The energy of the X-ray was 11.6 keV (wavelength, λ=1.0668 A).

GAP 전극의 전기화학적 성능은 1 M Li2SO4 전해액을 가지는 3-전극 시스템을 사용하는 순환전압 전류법(cyclic voltammetry, CV)을 통해 측정하였다. The electrochemical performance of the GAP electrode was measured by cyclic voltammetry (CV) using a 3-electrode system with 1 M Li 2 SO 4 electrolyte.

도 9a에서, 스캔 속도가 증가하는 GAP 양극 및 GAP 음극의 CV 곡선은 PI 및 LMO의 전형적인 산화 환원 피크(redox peaks)를 나타냈다. 전도성 복합체는 작동 전압 범위내에서 전기화학적 안정성을 명확히 나타내어, 상기 전도성 복합체가 전지 시스템의 집전체(current collector)로 사용될 수 있음을 보여준다. In FIG. 9A, the CV curves of the GAP anode and GAP cathode with increasing scan rates show typical redox peaks of PI and LMO. The conductive composite clearly exhibits electrochemical stability within the operating voltage range, showing that the conductive composite can be used as a current collector of a battery system.

도 5b는 다양한 전류 밀도(current densities)에서 0.0 및 1.2 V 사이의 GAP 음극 전압 프로파일을 나타낸다. 132 및 102 mA/h의 비용량(Specific capacities)이 각각 1 및 5 A/g에서 보였다. 0.0 내지 -1.0 V의 전압창(voltage window)에서 2 내지 15 A/g 범위의 다양한 전류 속도에서 GAP 양극의 속도 성능이 제시되었다(도 5c). GAP 양극은 15 A/g의 높은 전류 밀도에서도 95 mA/h을 전달할 수 있다. 5B shows the GAP cathode voltage profile between 0.0 and 1.2 V at various current densities. Specific capacities of 132 and 102 mA/h were seen at 1 and 5 A/g, respectively. The speed performance of the GAP anode at various current rates ranging from 2 to 15 A/g in a voltage window of 0.0 to -1.0 V was shown (Fig. 5c). The GAP anode is capable of delivering 95 mA/h even at a high current density of 15 A/g.

또한, 수계 전해액을 가지는 GAP 양극 및 GAP 음극으로 구성된 풀셀의 전기화학적 성능을 변형없이 0.0 V 내지 2.2 V의 전압 범위에서 평가하였다. 풀셀의 방전 용량(discharge capacities)은 0.5 A/g의 전류 밀도에서 100 mA/h이었고; 방전 시간(discharge times)은 약 2 분었다. 또한, 풀셀의 장기 사이클 성능(long-term cycle performance)은 1000 사이클 후에도 0.5 A/g의 전류 밀도에서 96%의 매우 안정한 사이클 유지율을 보였다(그림 5d).In addition, the electrochemical performance of a full cell composed of a GAP anode and a GAP cathode having an aqueous electrolyte solution was evaluated in a voltage range of 0.0 V to 2.2 V without modification. The discharge capacities of the full cell were 100 mA/h at a current density of 0.5 A/g; The discharge times were about 2 minutes. In addition, the long-term cycle performance of the full cell showed a very stable cycle retention rate of 96% at a current density of 0.5 A/g even after 1000 cycles (Fig. 5d).

보다 구체적으로, 변형시의 전기화학적 성능을 입증하기 위하여, 신축성 수계 충전식 리튬-이온 전지를 변형가능한 전자 장치에 실제로 적용할 수 있도록 설계하였다(도 5e). More specifically, in order to demonstrate the electrochemical performance during deformation, a flexible water-based rechargeable lithium-ion battery was designed to be practically applied to a deformable electronic device (FIG. 5E).

상기 신축성 수계 충전식 리튬-이온 전지는 0.5%/g의 전류 밀도에서 0% 및 30%의 변형률로 사이클링되었다(도 5f); 30% 변형에서, 신축성 수계 리튬-이온 전지는 비-변형된 조건과 비교하여 10 사이클 동안 72%의 뛰어난 용량 보유력(capacity retention)을 나타내었다. 변형을 해제한 후, 신축성 수계 이차 리튬-이온 전지의 비 용량(specific capacity)은 그 초기 값을 완전히 회복시켰다.The stretchable water-based rechargeable lithium-ion battery was cycled at 0% and 30% strain at a current density of 0.5%/g (FIG. 5F); At 30% strain, the stretchable water-based lithium-ion battery exhibited excellent capacity retention of 72% over 10 cycles compared to the non-modified condition. After releasing the deformation, the specific capacity of the stretchable aqueous secondary lithium-ion battery completely recovered its initial value.

신축성 전지의 전기화학적 안정성을 확인하기 위하여, 20 사이클 당 30%의 변형률로 20 회의 신축 사이클(stretching cycles)을 수행하면서 0.5A/g의 전류 밀도에서 사이클링 성능(cycling performance)을 측정했다(도 5g). 도 5h는 30% 변형에서 연신하는 동안, 직렬(series)로 연결된 신축성 전지가 오렌지색 LED(light-emitting diodes)를 켤 수 있음을 보여준다. In order to confirm the electrochemical stability of the stretchable battery, cycling performance was measured at a current density of 0.5A/g while performing 20 stretching cycles at a strain rate of 30% per 20 cycles (FIG. 5G). ). 5H shows that, while stretching at 30% strain, stretchable cells connected in series can turn on orange light-emitting diodes (LEDs).

상기 전도성 복합체에서 나타나는 새로운 기능으로, 저-구배 및 고-구배 전도성 복합체의 1 차 전하 수송 경로(charge transport pathways)의 변화에 의해 예시되는 것처럼, 전하 수송 경로의 공간 분포(spatial distribution)를 제어하는 것이 가능해진다.As a new function appearing in the conductive composite, it controls the spatial distribution of the charge transport pathways, as exemplified by changes in the primary charge transport pathways of the low-gradient and high-gradient conductive composites. It becomes possible.

또한, 본 발명에 따른 전도성 복합체는 신축성 수계 이차 리튬-이온 전지로 적용이 가능하여, 높은 변형률하에서 높은 방전 용량비(rate capability)로 안정적인 출력을 제공하는 것이 가능하다. In addition, since the conductive composite according to the present invention can be applied as a flexible aqueous secondary lithium-ion battery, it is possible to provide a stable output at a high rate capability under a high strain rate.

본 발명에 따른 전도성 복합체는 유연하고 착용할 수 있는 전자장치의 제조뿐만 아니라, 손상 방지 전지(damage-resistant batteries)로 대표되는 전하 수송(charge transport) 및 기계적 특성(mechanical properties)의 도전적인 조합을 필요로하는 다른 장치에 대해서도 확장될 수 있다.The conductive composite according to the present invention not only produces flexible and wearable electronic devices, but also provides a conductive combination of charge transport and mechanical properties typified by damage-resistant batteries. It can also be extended for other devices as needed.

Claims (15)

제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및
제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고,
상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며,
상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고,
상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상이고,
제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 평균 직경이 1 내지 100 nm인 전도성 복합체.
A conductive layer including a first stretchable polymer and a first conductive material; And
Including an elastic layer comprising a second elastic polymer and a second conductive material,
The content of the first conductive material in the conductive layer is 80 to 95% by weight,
The content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 90% by weight,
The first conductive material has a higher content than the second conductive material, the conductive layer and the stretchable layer are alternately stacked, both of the outermost layers are conductive layers, and the total number of layers is 3 or more,
The first conductive material and the second conductive material are each a conductive composite having an average diameter of 1 to 100 nm.
제 1 항에 있어서,
전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 85 내지 95 중량%이고,
신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 60 중량%인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The content of the first conductive material in the conductive layer is 85 to 95% by weight,
The conductive composite in which the content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 60% by weight.
제 1 항에 있어서,
전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 90 내지 95 중량%이고,
신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 80 내지 90 중량%이며,
상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지는 것인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The content of the first conductive material in the conductive layer is 90 to 95% by weight,
The content of the second conductive material in the stretchable layer is 80 to 90% by weight,
The conductive composite in which the first conductive material has a higher content than the second conductive material.
제 1 항에 있어서,
제 1 신축성 고분자 및 제 2 신축성 고분자는 각각 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부틸렌(polybutylene). 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리이소프렌(polyisoprene)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The first stretchable polymer and the second stretchable polymer are polyurethane, polystyrene, polybutadiene, and polybutylene, respectively. Polyethylene (polyethylene) and polyisoprene (polyisoprene) at least one conductive composite selected from the group consisting of.
제 1 항에 있어서,
제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 금 나노입자, 은 나노입자, 구리 입자, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The first conductive material and the second conductive material are at least one selected from the group consisting of gold nanoparticles, silver nanoparticles, copper particles, carbon nanotubes, and graphene, respectively.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
전도성 복합체에 포함되는 전도성층 및 신축성층의 총 층수는 3 내지 15인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The total number of layers of the conductive layer and the stretchable layer included in the conductive composite is 3 to 15.
제 1 항에 있어서,
전도성 복합체의 두께는 10 내지 100 ㎛인 전도성 복합체.
The method of claim 1,
The conductive composite has a thickness of 10 to 100 μm.
(S1) 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계;
(S2) 상기 전도성층 상에 제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 제 2 혼합물을 사용하여 신축성층을 형성하는 단계; 및
(S3) 상기 신축성층 상에 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 혼합물을 사용하여 전도성층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 단계 (S2) 및 단계 (S3)을 1회 이상 수행하여 총 층수가 3층 이상인 전도성 복합체를 제조하는 제 1 항에 따른 전도성 복합체의 제조 방법.
(S1) forming a conductive layer using a first mixture containing a first stretchable polymer and a first conductive material;
(S2) forming a stretchable layer on the conductive layer by using a second mixture including a second stretchable polymer and a second conductive material; And
(S3) comprising the step of forming a conductive layer on the stretchable layer by using a first mixture containing a first stretchable polymer and a first conductive material,
The method of manufacturing a conductive composite according to claim 1, wherein the steps (S2) and (S3) are performed at least once to produce a conductive composite having a total number of layers of three or more.
제 9 항에 있어서,
전도성 복합체에 포함되는 전도성층 및 신축성층의 총 층수는 3 내지 15인 전도성 복합체의 제조 방법.
The method of claim 9,
A method of manufacturing a conductive composite in which the total number of layers of the conductive layer and the stretchable layer included in the conductive composite is 3 to 15.
제 9 항에 있어서,
전도성층 및 신축성층은 각각 제 1 혼합물 및 제 2 혼합물을 진공여과하여 필름형태로 제조하는 것인 전도성 복합체의 제조 방법.
The method of claim 9,
The conductive layer and the stretchable layer is a method of manufacturing a conductive composite to be prepared in the form of a film by vacuum filtration of the first mixture and the second mixture, respectively.
전도성 복합체; 및
상기 전도성 복합체 상에 위치하는 전극 활물질층을 포함하며,
상기 전도성 복합체는 제 1 신축성 고분자 및 제 1 전도성 물질을 포함하는 전도성층; 및
제 2 신축성 고분자 및 제 2 전도성 물질을 포함하는 신축성층을 포함하고,
상기 전도성층에서 제 1 전도성 물질의 함량은 80 내지 95 중량%이며,
상기 신축성층에서 제 2 전도성 물질의 함량은 40 내지 90 중량%이고,
상기 제 1 전도성 물질은 제 2 전도성 물질보다 높은 함량을 가지며, 상기 전도성층 및 신축성층은 교대로 적층되고, 최외부층 중 양층은 전도성층이며, 총 층수는 3층 이상이고,
제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 각각 평균 직경이 1 내지 100 nm인 전기화학소자용 전극.
Conductive composite; And
Including an electrode active material layer positioned on the conductive composite,
The conductive composite may include a conductive layer including a first stretchable polymer and a first conductive material; And
Including an elastic layer comprising a second elastic polymer and a second conductive material,
The content of the first conductive material in the conductive layer is 80 to 95% by weight,
The content of the second conductive material in the stretchable layer is 40 to 90% by weight,
The first conductive material has a higher content than the second conductive material, the conductive layer and the stretchable layer are alternately stacked, both of the outermost layers are conductive layers, and the total number of layers is 3 or more,
The first conductive material and the second conductive material are each electrode for an electrochemical device having an average diameter of 1 to 100 nm.
제 12 항에 있어서,
전극 활물질층의 두께는 0.1 내지 10 ㎛인 전기화학소자용 전극.
The method of claim 12,
The electrode active material layer has a thickness of 0.1 to 10 µm.
양극;
음극; 및
상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하며,
상기 양극 및 음극 중 적어도 하나의 전극은 제 12 항에 따른 전기화학소자용 전극인 전기화학소자.
anode;
cathode; And
Including an electrolyte positioned between the positive electrode and the negative electrode,
At least one of the positive and negative electrodes is an electrochemical device for an electrochemical device according to claim 12.
제 14 항에 있어서,
전기화학소자는 수계 이차 메탈 이온 전지, 리튬 이차 전지, 나트륨 이차 전지 또는 수퍼 캐페시터인 전기화학소자.
The method of claim 14,
An electrochemical device is an aqueous secondary metal ion battery, a lithium secondary battery, a sodium secondary battery, or an electrochemical device that is a super capacitor.
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