KR102195049B1 - Electrode structure comprising barrier layer, and method of fabricating of the same - Google Patents

Electrode structure comprising barrier layer, and method of fabricating of the same Download PDF

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Abstract

전극 구조체가 제공된다. 상기 전극 구조체는, 볼록부 및 오목부를 갖는 베이스 전극(base electrode), 및 상기 베이스 전극의 상기 볼록부를 덮고, 상기 베이스 전극의 상기 오목부를 노출시키고, 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)을 포함하는 베리어층(barrier layer)을 포함할 수 있다.An electrode structure is provided. The electrode structure includes a base electrode having a convex portion and a concave portion, and covers the convex portion of the base electrode, exposes the concave portion of the base electrode, and includes a lithium non-reactive material. It may include a barrier layer (barrier layer).

Description

베리어층을 갖는 전극 구조체, 및 그 제조 방법{Electrode structure comprising barrier layer, and method of fabricating of the same}Electrode structure comprising barrier layer, and method of fabricating of the same}

본 발명은 베리어층을 갖는 전극 구조체, 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 베이스 전극의 볼록부를 덮는 베리어층을 포함하는 전극 구조체 및 그 제조 방법에 관련된 것이다. The present invention relates to an electrode structure having a barrier layer, and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrode structure including a barrier layer covering a convex portion of a base electrode, and a method of manufacturing the same.

스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC와 같은 휴대용 모바일 전자 기기의 발전으로, 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 특히, 전기 자동차, 중대형 에너지 저장 시스템, 및 고 에너지 밀도가 요구되는 휴대 기기의 등장으로, 리튬 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다. With the development of portable mobile electronic devices such as smartphones, MP3 players, and tablet PCs, the demand for secondary batteries capable of storing electrical energy is exploding. In particular, with the advent of electric vehicles, medium and large-sized energy storage systems, and portable devices requiring high energy density, demand for lithium secondary batteries is increasing.

예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2017-0076228에는 규산 산화물 및 상기 규소 산화물 표면에 위치하는 이산화 티탄 코팅층을 포함하되, 전체 음극 활물질 100중량%에 대해, 이산화 티탄 코팅층의 함량은 2 내지 10중량%인 리튬 이차 전지용 음극 활물질이 개시되어 있다. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0076228 includes a silicate oxide and a titanium dioxide coating layer positioned on the surface of the silicon oxide, but the content of the titanium dioxide coating layer is 2 to 10% by weight based on 100% by weight of the total negative active material. %, a negative active material for a lithium secondary battery is disclosed.

또한, 다른 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2017-0036381에는 SiOa (a는 0=y<1)로 표시되는 규소계 복합체, 및 상기 규소계 복합체는 메조기공(meso pore) 및 거대기공(macro pore)을 포함하는 바이모달 기공 구조를 가지는 것인 음극활물질을 이용하여, 초기용량 및 효율이 개선된 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.In addition, as another example, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0036381, a silicon-based composite represented by SiO a (a is 0=y<1), and the silicon-based composite includes meso pores and macropores. A lithium secondary battery with improved initial capacity and efficiency, and a method of manufacturing the same, using an anode active material having a bimodal pore structure including (macro pores) are disclosed.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고효율의 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-efficiency lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 장수명의 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a long-life lithium secondary battery and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고용량의 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a high-capacity lithium secondary battery and a method of manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 덴드라이트 형성이 최소화된 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery with minimized dendrite formation and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전착 밀도가 향상된 리튬 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved electrodeposition density and a method for manufacturing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전극 구조체를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides an electrode structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극 구조체는, 볼록부 및 오목부를 갖는 베이스 전극(base electrode), 및 상기 베이스 전극의 상기 볼록부를 덮고, 상기 베이스 전극의 상기 오목부를 노출시키고, 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)을 포함하는 베리어층(barrier layer)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the electrode structure includes a base electrode having a convex portion and a concave portion, and covers the convex portion of the base electrode, exposes the concave portion of the base electrode, and includes a lithium non-reactive material. It may include a barrier layer containing a non-reactive material).

일 실시 예에 따르면, 상기 오목부의 면적 비율이, 상기 볼록부의 면적 비율보다 넓을 수 있다. According to an embodiment, an area ratio of the concave portion may be larger than an area ratio of the convex portion.

일 실시 예에 따르면, 노출된 상기 오목부의 표면에 요철이 제공될 수 있다. According to an embodiment, irregularities may be provided on the exposed surface of the concave portion.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층은, 유기계 고분자, 금속, 산화물, 또는 세라믹 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the barrier layer may include at least one of an organic polymer, a metal, an oxide, or a ceramic.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극은, 리튬을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the base electrode may contain lithium.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 리튬 이차 전지를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a lithium secondary battery.

일 실시 예에 따르면, 상기 리튬 이차 전지는, 상술된 실시 예에 따른 전극 구조체를 포함하는 음극, 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이의 전해질을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the rechargeable lithium battery may include a negative electrode including an electrode structure according to the above-described embodiment, a positive electrode, and an electrolyte between the negative electrode and the positive electrode.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전극 구조체의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing an electrode structure.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극 구조체의 제조 방법은, 베이스 전극을 준비하는 단계, 상기 베이스 전극의 표면에 볼록부 및 오목부를 형성하는 단계, 및 상기 베이스 전극의 상기 볼록부를 덮고, 상기 베이스 전극의 상기 오목부를 노출시키고, 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)을 포함하는 베리어층(barrier layer)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the electrode structure includes preparing a base electrode, forming a convex portion and a concave portion on a surface of the base electrode, and covering the convex portion of the base electrode, It may include the step of exposing the recess and forming a barrier layer including a lithium non-reactive material.

일 실시 예에 따르면, 상기 볼록부 및 상기 오목부를 형성하는 단계는, 돌출부 및 함몰부를 갖는 마스터 기판을 준비하는 단계, 및 상기 마스터 기판 및 상기 베이스 전극을 접합시켜, 상기 돌출부에 대응하는 상기 오목부 및 상기 함몰부에 대응하는 상기 볼록부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the convex portion and the concave portion includes preparing a master substrate having a protruding portion and a concave portion, and bonding the master substrate and the base electrode to the concave portion corresponding to the protruding portion. And forming the convex portion corresponding to the depression.

일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 기판을 준비하는 단계는, 상기 마스터 기판의 상기 함몰부 내에 상기 베리어층의 소스 물질을 제공하는 것을 포함하고, 상기 마스터 기판 및 상기 베이스 전극이 접합되어, 상기 함몰부 내의 상기 소스 물질이 상기 돌출부 상으로 전사될 수 있다. According to an embodiment, the preparing of the master substrate includes providing a source material of the barrier layer in the depression of the master substrate, and the master substrate and the base electrode are bonded to each other, and the depression is The source material within may be transferred onto the protrusion.

일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 기판의 상기 함몰부 내에 상기 소스 물질을 제공하는 단계는, 상기 마스터 기판 상에 상기 소스 물질을 제공하는 단계, 및 상기 소스 물질이 제공된 상기 마스터 기판을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the providing of the source material in the recessed portion of the master substrate includes providing the source material on the master substrate, and heat treating the master substrate provided with the source material. Can include.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층을 형성하는 단계는, 지지 기판을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 상기 베리어층의 소스 물질을 제공하는 단계, 및 상기 소스 물질이 상기 볼록부와 접촉하도록 상기 지지 기판 및 상기 베이스 전극을 접합시켜, 상기 소스 물질을 상기 볼록부로 전사하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the barrier layer includes preparing a support substrate, providing a source material of the barrier layer on the support substrate, and the source material contacting the convex portion. It may include the step of bonding the support substrate and the base electrode to transfer the source material to the convex portion.

일 실시 예에 따르면, 상기 전극 구조체를 제조하는 단계는, 상기 베리어층을 형성한 후, 노출된 상기 오목부의 표면을 식각하여, 상기 오목부의 표면에 요철을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the manufacturing of the electrode structure may further include forming the barrier layer, and then etching the exposed surface of the concave portion to form irregularities on the surface of the concave portion.

본 발명의 실시 예에 따른, 전극 구조체는, 볼록부 및 오목부를 갖는 베이스 전극, 및 상기 볼록부 상에 제공되고 리튬 비반응성 물질을 포함하는 베리어층을 포함할 수 있다. 상기 베이스 전극의 상기 볼록부 상에 상기 베리어층이 제공되고, 상기 오목부는 노출되어, 상기 전극 구조체가 리튬 이차 전지의 음극으로 사용되는 경우, 상기 오목부의 바닥면 및 측면에서 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 유도되어, 리튬은 상기 오목부 내에서 증착되고, 이에 따라, 음극 표면에서 덴드라이트 형성이 억제되는 동시에 전착밀도 향상될 수 있다. 이로 인해, 고효율, 장수명, 및 고신뢰성의 리튬 이차 전지용 전극 구조체가 제공될 수 있다.An electrode structure according to an embodiment of the present invention may include a base electrode having a convex portion and a concave portion, and a barrier layer provided on the convex portion and including a lithium non-reactive material. When the barrier layer is provided on the convex portion of the base electrode, the concave portion is exposed, and the electrode structure is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, the reversible intercalation of lithium ions at the bottom and side surfaces of the concave portion Since the calation and deintercalation are induced, lithium is deposited in the concave portion, thereby suppressing the formation of dendrites on the surface of the negative electrode and improving the electrodeposition density. For this reason, an electrode structure for a lithium secondary battery having high efficiency, long life, and high reliability can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 전극 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 13는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체의 베이스 전극의 볼록부 및 오목부를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 실험 예 1-1에 따라 제조된 부분 보호 박막을 갖는 리튬 금속 전극의 a)는 표면, b)는 단면을 광학 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 15는 본 발명의 실험 예 2-1 및 비교 예 2에 따른 리튬 충전시 전착 특성을 광학 현미경으로 관찰한 이미지이며 a)는 실험 예 2-1, b)는 비교 예 2를 도시한다.
도 16은 본 발명의 실험 예 3 및 비교 예 3의 리튬 금속 전극의 수명 특성 및 임피던스를 측정한 데이터이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다.
도 19는 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of manufacturing an electrode structure according to the first embodiment of the present invention.
3 is a diagram for describing an electrode structure according to a first embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an electrode structure and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.
5 and 6 are diagrams for explaining an electrode structure and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.
7 is a diagram for describing a rechargeable lithium battery including an electrode structure according to example embodiments.
8 to 13 are views for explaining the convex portion and the concave portion of the base electrode of the electrode structure according to an embodiment of the present invention.
14 is an image obtained by observing a) a surface and b) a cross section of a lithium metal electrode having a partially protective thin film prepared according to Experimental Example 1-1 of the present invention with an optical microscope.
15 is an image obtained by observing the electrodeposition characteristics during lithium charging according to Experimental Example 2-1 and Comparative Example 2 of the present invention with an optical microscope, and a) is Experimental Example 2-1 and b) is Comparative Example 2.
16 is data obtained by measuring life characteristics and impedance of lithium metal electrodes of Experimental Example 3 and Comparative Example 3 of the present invention.
17 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
18 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
19 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 출원 명세서에서 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)이란, 리튬 및 리튬 이온과 실질적으로(substantially) 화학적 반응이 일어나지 않는 물질을 의미하는 것으로, 보다 구체적으로, 리튬 이차 전지의 충방전 과정에서 리튬 이온과 반응하지 않는 물질을 포괄하는 개념으로 해석된다.In addition, in the specification of the present application, the term lithium non-reactive material refers to a material that does not substantially undergo a chemical reaction with lithium and lithium ions, and more specifically, a charge/discharge process of a lithium secondary battery It is interpreted as a concept encompassing substances that do not react with lithium ions.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 구조체를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrode structure according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view illustrating a method of manufacturing an electrode structure according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. It is a view for explaining the electrode structure according to the first embodiment of the invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 베이스 전극(200)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(200)은 리튬을 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(200)은, 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 인듐(In), 티타늄(Ti), 흑연, 또는 카본 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 1 to 3, a base electrode 200 is prepared. According to an embodiment, the base electrode 200 may contain lithium. Alternatively, according to another embodiment, the base electrode 200 is sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), indium (In), titanium (Ti), graphite, or carbon It may include at least any one of.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 전극(200)은 집전체(100) 상에 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체(100) 구리 호일일 수 있다. 상기 베이스 전극(200) 및 상기 집전체(100)는 열 라미네이팅되어, 서로 접착될 수 있다. As shown in FIG. 2, the base electrode 200 may be prepared on the current collector 100. For example, the current collector 100 may be a copper foil. The base electrode 200 and the current collector 100 may be thermally laminated and adhered to each other.

상기 베이스 전극(200)은, 제1 면(first surface) 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 제2 면은 상기 집전체(100)와 접촉 및 접착될 수 있고, 상기 제1 면은 노출될 수 있다. 상기 제1 면은 평평한(flat) 상태로 제공될 수 있다.The base electrode 200 may include a first surface and a second surface opposite to the first surface. The second surface may contact and adhere to the current collector 100, and the first surface may be exposed. The first surface may be provided in a flat state.

상기 베이스 전극(200)의 두께는 약 1~500㎛일 수 있다. The thickness of the base electrode 200 may be about 1 to 500 μm.

상기 베이스 전극(200)의 표면에 볼록부(210) 및 오목부(220)가 형성될 수 있다(S120). 구체적으로, 상기 베이스 전극(200)의 평평한 상기 제1 면에 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)가 형성될 수 있다. A convex portion 210 and a concave portion 220 may be formed on the surface of the base electrode 200 (S120). Specifically, the convex portion 210 and the concave portion 220 may be formed on the flat first surface of the base electrode 200.

일 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)를 형성하는 단계는, 돌출부(252) 및 함몰부(254)를 갖는 마스터 기판(250)을 준비하는 단계, 및 상기 마스터 기판(250) 및 상기 베이스 전극(200)을 접합시켜 상기 베이스 전극(200)의 상기 제1 면 상에 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)는 상기 마스터 기판(250)의 상기 함몰부(254)에 대응하고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 오목부(220)는 상기 마스터 기판(250)의 상기 돌출부(252)에 대응할 수 있다. According to an embodiment, as shown in FIG. 2, the forming of the convex portion 210 and the concave portion 220 includes a master substrate 250 having a protrusion 252 and a depression 254 And forming the convex part 210 and the concave part 220 on the first surface of the base electrode 200 by bonding the master substrate 250 and the base electrode 200 It may include the step of. In this case, the convex portion 210 of the base electrode 200 corresponds to the concave portion 254 of the master substrate 250, and the concave portion 220 of the base electrode 200 is the master It may correspond to the protrusion 252 of the substrate 250.

또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)는, 광리소그래피(photolithography), 분자 자기조립(self-assembly), 이빔(electron beam) 리소그래피, 딥펜(dip-pen) 리소그래피, 레이저 공정 기술 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. Alternatively, according to another embodiment, the convex portion 210 and the concave portion 220 may be formed by photolithography, molecular self-assembly, electron beam lithography, and dip-pen. ) It can be formed by various methods such as lithography and laser processing technology.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(200)의 상기 제1 면에서, 상기 오목부(220)의 면적 비율이, 상기 볼록부(210)의 면적 비율보다 넓을 수 있다. 다시 말하면, 상기 베이스 전극(200)의 상기 제1 면에서, 상기 오목부(220)의 바닥면의 면적 비율이, 상기 볼록부(210)의 상부면의 면적 비율보다 더 클 수 있다. According to an embodiment, on the first surface of the base electrode 200, an area ratio of the concave portion 220 may be larger than an area ratio of the convex portion 210. In other words, on the first surface of the base electrode 200, the area ratio of the bottom surface of the concave part 220 may be greater than the area ratio of the upper surface of the convex part 210.

일 실시 예에 따르면, 상기 볼록부(210)의 상기 상부면과 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 사이의 거리는, 상기 베이스 전극(200)의 두께의 10%~90%일 수 있다. According to an embodiment, a distance between the upper surface of the convex portion 210 and the bottom surface of the concave portion 220 may be 10% to 90% of the thickness of the base electrode 200.

상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)를 덮고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 오목부(220)를 노출시키는 베리어층(barrier layer, 300)이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 베리어층(300)은, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)의 상기 상부면 상에 선택적으로(selectively) 제공되고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 및 측면에 상에는 제공되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)는 상기 베리어층(300)에 의해 외부와 차단되고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 오목부(220)는 외부에 노출될 수 있다. A barrier layer 300 may be formed to cover the convex portion 210 of the base electrode 200 and expose the concave portion 220 of the base electrode 200. In other words, the barrier layer 300 is selectively provided on the upper surface of the convex portion 210 of the base electrode 200, and the concave portion 220 of the base electrode 200 ) May not be provided on the bottom and side surfaces. Accordingly, the convex portion 210 of the base electrode 200 is blocked from the outside by the barrier layer 300, and the concave portion 220 of the base electrode 200 may be exposed to the outside. .

상기 베리어층(300)은 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 베리어층(300)은, 리튬과 반응하지 않는 물질, 즉, 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 불가능한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 에에 따른 전극 구조체가 리튬 이차 전지에 사용되는 경우, 상기 베리어층(300)은 전해질과 반응하지 않는 물질로 형성될 수 있다.The barrier layer 300 may include a lithium non reactive material. In other words, the barrier layer 300 may be formed of a material that does not react with lithium, that is, a material in which reversible intercalation and deintercalation of lithium ions are impossible. In addition, when the electrode structure according to the embodiment of the present invention is used for a lithium secondary battery, the barrier layer 300 may be formed of a material that does not react with an electrolyte.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)은, 유기계 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베리어층(300)은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVdF-co-HFP), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리아이소뷰틸렌(polyisobutylene), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리비닐리덴 클로라이드(polyvinylidene chloride), 폴리비닐리덴 플로오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 나일론(nylon), 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐알콜(polyviny lalcohol), 폴리에틸렌-비닐알콜(polyethylene-co-vinylalcohol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트( polybuthylen eterephthalate) 또는 polyester, polyacrylonitrile(PAN) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to an embodiment, the barrier layer 300 may include an organic polymer. For example, the barrier layer 300 is polyethylene, polypropylene, polyvinylidenefluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-co-HFP). ), polyimide, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, polydimethylsiloxane (PDMS), polyisobutylene, polyvinylchloride, poly Vinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, nylon, polyacrylonitrile, polyviny lalcohol, It may include at least one of polyethylene-co-vinylalcohol, polyethylene terephthalate, polybuthylen eterephthalate, polyester, polyacrylonitrile (PAN), but is not limited thereto. .

또는, 다른 실시 에에 따르면, 상기 베리어층(300)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베리어층(300)은 크롬(Cr), 세슘(Cs), 구리(Cu), 철(Fe), 하프늄(Hf), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 나트륨(Na), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 이트륨(Y), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 규소(Si), 납(Pb), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 또는 칼륨(K) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Alternatively, according to another embodiment, the barrier layer 300 may include a metal. For example, the barrier layer 300 is chromium (Cr), cesium (Cs), copper (Cu), iron (Fe), hafnium (Hf), manganese (Mn), molybdenum (Mo), sodium (Na) , Niobium (Nb), Nickel (Ni), Aluminum (Al), Titanium (Ti), Barium (Ba), Magnesium (Mg), Boron (B), Yttrium (Y), Zinc (Zn), Calcium (Ca) , Silicon (Si), lead (Pb), strontium (Sr), tin (Sn), vanadium (V), zirconium (Zr), or potassium (K).

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)은 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베리어층(300)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 이트륨(Y), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 규소(Si), 납(Pb), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 세슘(Cs) 중 적어도 1종의 금속을 포함하는 산화물일 수 있으며, 상기 산화물로는 구체적으로 Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3, ZnO, CaO, NiO, MgO, SiO2, SiC, Al(OH)3, AlO(OH), BaTiO3, PbTiO3, PZT, PLZT, PMN-PT, HfO2, SrTiO3, SnO3, CeO2 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)은 위의 금속들 중 적어도 1종의 금속을 포함하는 세라믹을 포함할 수 있다. According to another embodiment, the barrier layer 300 may include an oxide. For example, the barrier layer 300 is aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), barium (Ba), magnesium (Mg), boron (B), yttrium (Y), zinc (Zn) , Calcium (Ca), nickel (Ni), silicon (Si), lead (Pb), strontium (Sr), tin (Sn), may be an oxide containing at least one metal of cesium (Cs), the Specific oxides include Al2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3, ZnO, CaO, NiO, MgO, SiO2, SiC, Al(OH)3, AlO(OH), BaTiO3, PbTiO3, PZT, PLZT, PMN-PT, HfO2, SrTiO3, SnO3, CeO2, etc. may be mentioned, but the present invention is not limited thereto, and these may be used alone or in combination of two or more. According to another embodiment, the barrier layer 300 may include a ceramic including at least one metal of the above metals.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)은 리튬화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베리어층(300)은 플루오린화 리튬 (LiF), 염화 리튬(LiCl), 브로민화 리튬(LiBr), 소화 알루미늄 리튬(LiAlH4) 질화 리튬(Li3N), 탄산리튬(Li2CO3)을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the barrier layer 300 may include a lithium compound. For example, the barrier layer 300 is lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), digested aluminum lithium (LiAlH4) lithium nitride (Li 3 N), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) may be included.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)은 탄소재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베리어층(300)은 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 탄소섬유(carbon fiber), 카본블랙(carbon black), 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the barrier layer 300 may include a carbon material. For example, the barrier layer 300 may include carbon nanotubes (CNTs), carbon fibers, carbon blacks, and graphenes.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(300)을 상기 볼록부(210) 상에 제공하는 단계는, 평평한 지지 기판(supporting substrate)을 준비하는 단계, 상기 지지 기판 상에 상기 베리어층(300)의 소스 물질을 제공하는 단계, 및 상기 소스 물질이 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)와 접촉하도록 상기 지지 기판 및 상기 베이스 전극(200)을 접합시켜, 상기 소스 물질을 상기 볼록부(210)로 전사하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 상기 볼록부(210) 상의 상기 소스 물질에 광을 조사하거나, 열처리 공정을 수행하여, 상기 베리어층(300)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 볼록부(210) 상에 선택적으로, 상기 베리어층(300)이 형성될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 지지 기판으로 평평한 PDMS를 준비하고, 상기 PDMS 상에 상기 소스 물질을 도포하고, 상기 PDMS를 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)를 갖는 상기 베이스 전극(200) 상에 접합시켜, 상기 볼록부(210) 상에 상기 소스 물질을 전사할 수 있다. According to an embodiment, the providing of the barrier layer 300 on the convex portion 210 includes preparing a flat supporting substrate, and the barrier layer 300 on the supporting substrate Providing a source material, and bonding the support substrate and the base electrode 200 so that the source material contacts the convex portion 210 of the base electrode 200, so that the source material is mixed with the convex portion ( 210) may include the step of transferring. Thereafter, the barrier layer 300 may be formed by irradiating light or performing a heat treatment process on the source material on the convex part 210. Accordingly, the barrier layer 300 may be selectively formed on the convex portion 210. Specifically, for example, a flat PDMS is prepared as the support substrate, the source material is applied on the PDMS, and the PDMS is applied to the base electrode 200 having the convex portion 210 and the concave portion 220. ), the source material may be transferred onto the convex portion 210.

또는, 상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 스퍼터 공정 등을 이용하여, 상기 베리어층(300)을 상기 볼록부(210) 상에 증착할 수 있다. Alternatively, differently from the above, according to another embodiment, the barrier layer 300 may be deposited on the convex portion 210 by using a sputtering process or the like.

상술된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체는, 리튬 이차 전지의 음극으로 사용될 수 있고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 상에 제공된 상기 베리어층(300)은 리튬 비반응성 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 리튬 이차 전지의 충방전 과정에서, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210)에서는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 실질적으로 발생하지 않을 수 있다. As described above, the electrode structure according to the embodiment of the present invention may be used as a negative electrode of a lithium secondary battery, and the barrier layer 300 provided on the convex portion 210 of the base electrode 200 is a lithium ratio. It may contain a reactive material. Accordingly, in the charging/discharging process of the lithium secondary battery, reversible intercalation and deintercalation of lithium ions may not substantially occur in the convex portion 210 of the base electrode 200.

상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 리튬 이차 전지의 음극이 평평한 구조를 갖거나, 또는 상기 볼록부(210) 상에 제공된 상기 베리어층(300)이 생략되는 경우, 리튬 이차 전지의 충방전 과정에서 리튬 이온의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션에 의해, 음극 표면에 덴드라이트가 성장될 수 있고, 이에 따라, 리튬 이차 전지의 수명 특성, 및 충방전 특성이 저하될 수 있다. Unlike the above-described embodiments of the present invention, when the negative electrode of the lithium secondary battery has a flat structure or the barrier layer 300 provided on the convex portion 210 is omitted, the charging and discharging process of the lithium secondary battery In the case of intercalation and deintercalation of lithium ions, dendrite may be grown on the surface of the negative electrode, and accordingly, life characteristics and charge/discharge characteristics of the lithium secondary battery may be deteriorated.

하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 상에 상기 베리어층(300)이 제공되고, 상기 오목부(220)는 노출되어, 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 및 상기 측면에서 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 유도되어, 리튬은 상기 오목부(220) 내에서 증착되고, 이에 따라, 음극 표면에서 덴드라이트 형성이 억제되는 동시에 전착밀도 향상될 수 있다. 이로 인해, 고효율, 장수명, 및 고신뢰성의 리튬 이차 전지용 전극 구조체가 제공될 수 있다. However, as described above, according to an embodiment of the present invention, the barrier layer 300 is provided on the convex portion 210 of the base electrode 200, and the concave portion 220 is exposed, The reversible intercalation and deintercalation of lithium ions are induced in the bottom surface and the side of the concave part 220, so that lithium is deposited in the concave part 220, and accordingly, on the negative electrode surface The formation of dendrite can be suppressed and the electrodeposition density can be improved. For this reason, an electrode structure for a lithium secondary battery having high efficiency, long life, and high reliability can be provided.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(200)의 상기 오목부(220) 내에 요철이 제공될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법이 설명된다. According to the second embodiment of the present invention, irregularities may be provided in the concave portion 220 of the base electrode 200. Hereinafter, an electrode structure and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining an electrode structure and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 집전체(100), 볼록부(210) 및 오목부(220)를 갖는 베이스 전극(200), 및 상기 볼록부(210) 상의 베리어층(300)을 포함하는 전극 구조체가 제공된다. Referring to FIG. 4, as described with reference to FIGS. 1 to 3, a current collector 100, a base electrode 200 having a convex portion 210 and a concave portion 220, and the convex portion 210 ), an electrode structure including a barrier layer 300 is provided.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 달리, 상기 오목부(220) 내에 요철(230)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 오목부(220)의 바닥면 및 측면에 상기 요철(230)이 제공될 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 달리, 상기 오목북(220)의 상기 바닥면 또는 상기 측면 중에서 적어도 어느 하나에, 상기 요철(230)이 제공될 수 있다. Unlike described with reference to FIGS. 1 to 3, an uneven portion 230 may be provided in the concave portion 220. Specifically, the unevenness 230 may be provided on the bottom and side surfaces of the concave portion 220. Alternatively, unlike FIG. 4, the unevenness 230 may be provided on at least one of the bottom surface or the side surface of the concave book 220.

일 실시 예에 따르면, 상기 요철(230)은, 상기 볼록부(210)를 덮는 상기 베리어층(300)을 형성한 후, 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 및 상기 측면을 식각하는 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 및 상기 측면은, 상기 베이스 전극(200)을 산성 용액(예를 들어, HCl, HF, H3PO4, 또는 HNO3)을 이용하여 식각될 수 있다. According to an embodiment, after forming the barrier layer 300 covering the convex portion 210, the uneven portion 230 is formed by etching the bottom surface and the side surface of the concave portion 220. Can be formed. For example, the bottom surface and the side surface of the concave part 220 are etched using an acidic solution (eg, HCl, HF, H 3 PO 4 , or HNO 3 ). Can be.

본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체가 리튬 이차 전지의 음극으로 사용되는 경우, 리튬 이차 전지의 충방전 과정에서, 상기 오목부(220) 내에 형성된 상기 요철(230)에 전자들이 집중될 수 있다. 이에 따라, 상기 요철(230)이 형성된 상기 오목부(220)의 상기 바닥면 및 상기 측면으로 리튬 이온의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 보다 집중될 수 있다. 이로 인해, 덴드라이트의 형성이 최소화되고, 전착밀도가 향상된 리튬 이차 전지용 전극 구조체가 제공될 수 있다. When the electrode structure according to an embodiment of the present invention is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, electrons may be concentrated in the concave and convex 230 formed in the concave portion 220 during a charging and discharging process of the lithium secondary battery. Accordingly, intercalation and deintercalation of lithium ions may be more concentrated on the bottom surface and the side surface of the concave portion 220 on which the irregularities 230 are formed. Accordingly, the formation of dendrites is minimized, and an electrode structure for a lithium secondary battery with improved electrodeposition density may be provided.

상술된 본 발명의 실시 예들과 달리, 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 1회의 공정으로, 상기 베이스 전극(200)에 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)가 형성되고, 상기 볼록부(210) 상에 상기 베리어층(300)이 형성될 수 있다. 이하, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법이 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된다. Unlike the above-described embodiments of the present invention, according to the third embodiment of the present invention, in one process, the convex portion 210 and the concave portion 220 are formed in the base electrode 200, and the The barrier layer 300 may be formed on the convex portion 210. Hereinafter, an electrode structure and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 구조체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 5 and 6 are diagrams for explaining an electrode structure and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 집전체(100), 및 베이스 전극(200)이 준비되고, 돌출부(252) 및 함몰부(254)를 갖는 마스터 기판(250)이 준비될 수 있다. 5 and 6, as described with reference to FIGS. 1 to 3, a current collector 100 and a base electrode 200 are prepared, and have a protrusion 252 and a depression 254. The master substrate 250 may be prepared.

상기 돌출부(252) 및 상기 함몰부(254)를 갖는 상기 마스터 기판(250) 상에 상기 베리어층(300)의 소스 물질(310)이 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 물질(310)은 액체 상태, 또는 겔(gel) 상태로 상기 마스터 기판(250) 상에 제공될 수 있다. 상기 소스 물질(310)은, 상기 마스터 기판(250)의 상기 함몰부(254)를 채우고, 상기 돌출부(252)를 덮을 수 있다. A source material 310 of the barrier layer 300 may be provided on the master substrate 250 having the protrusion 252 and the depression 254. According to an embodiment, the source material 310 may be provided on the master substrate 250 in a liquid state or a gel state. The source material 310 may fill the depression 254 of the master substrate 250 and cover the protrusion 252.

상기 소스 물질(310)이 제공된 상기 마스터 기판(250)이 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 물질(310)이 건조되어, 상기 소스 물질(310)은 상기 함몰부(254) 내에 한정적으로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 물질(310)이 상기 함몰부(254)를 채우고, 상기 돌출부(252)를 덮지 않도록, 상기 마스터 기판(250)이 열처리될 수 있다. The master substrate 250 provided with the source material 310 may be heat treated. Accordingly, the source material 310 is dried, so that the source material 310 may be limitedly provided in the recessed portion 254. In other words, the master substrate 250 may be heat treated so that the source material 310 fills the depression 254 and does not cover the protrusion 252.

이후, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 마스터 기판(250) 및 상기 베이스 전극(200)을 접합시켜, 상기 돌출부(252)에 대응하는 상기 오목부(220) 및 상기 함몰부(254)에 대응하는 상기 볼록부(210)를 형성하는 동시에, 상기 함몰부(254) 내에 제공된 상기 소스 물질(310)이 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 상에 제공되어, 상기 베리어층(300)이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)가 형성된 후, 상기 볼록부(210) 상에 상기 베리어층(300)이 형성되는 것이 아니고, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 및 상기 오목부(220)가 형성되는 동시에, 상기 볼록부(210) 상에 상기 베리어층(300)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 절감된, 전극 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다. Thereafter, as described with reference to FIGS. 1 to 3, by bonding the master substrate 250 and the base electrode 200, the concave portion 220 and the recessed portion corresponding to the protrusion 252 While forming the convex portion 210 corresponding to 254, the source material 310 provided in the concave portion 254 is provided on the convex portion 210 of the base electrode 200, The barrier layer 300 may be formed. In other words, as described with reference to FIGS. 1 to 4, after the convex portion 210 and the concave portion 220 of the base electrode 200 are formed, the barrier is formed on the convex portion 210. The layer 300 is not formed, and the convex portion 210 and the concave portion 220 of the base electrode 200 are formed, and the barrier layer 300 is formed on the convex portion 210. Can be formed. Accordingly, a method of manufacturing an electrode structure with simplified manufacturing processes and reduced manufacturing costs may be provided.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 전극 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지가 도 7을 참조하여 설명된다. Hereinafter, a lithium secondary battery including the electrode structure according to the exemplary embodiments described above will be described with reference to FIG. 7.

도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 전극 구조체를 포함하는 리튬 이차 전지를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a diagram for describing a rechargeable lithium battery including an electrode structure according to example embodiments.

도 7을 참조하면, 리튬 이차 전지는, 음극(100, 200, 300), 양극(400, 500), 및 전해질(600)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, the rechargeable lithium battery may include negative electrodes 100, 200, and 300, positive electrodes 400 and 500, and an electrolyte 600.

상기 음극(100, 200, 300)은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된 집전체(100), 볼록부(210) 및 오목부(220)를 포함하는 베이스 전극(200), 및 상기 볼록부(210) 상의 베리어층(300)을 포함할 수 있다. The negative electrode (100, 200, 300), the current collector 100 described with reference to FIGS. 1 to 6, a base electrode 200 including a convex portion 210 and a concave portion 220, and the convex A barrier layer 300 on the part 210 may be included.

상기 양극(400, 500)은, 집전체(400) 및 상기 집전체(400) 상의 양극활물질(500)을 포함할 수 있다. 상기 집전체(400)는 구리 호일일 수 있다. 상기 양극활물질(500)은, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiNixCoyMnzO2 (x+y+z=1,0≤x,y,z≤1), LiNiCoAlO2 등 과 같은 리튬 금속 산화물을 포함할 수 있다.The positive electrodes 400 and 500 may include a current collector 400 and a positive electrode active material 500 on the current collector 400. The current collector 400 may be a copper foil. The positive electrode active material 500 is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiNi x Co y Mn z O 2 (x+y+z=1,0≤x,y,z≤ 1), LiNiCoAlO 2 It may include a lithium metal oxide such as.

상기 전해질(600)은, 상기 양극(400, 500) 및 상기 음극(100, 200, 300) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질(600)은, 액체 전해질, 고분자 전해질 또는 고체 전해질일 수 있다. 상기 전해질(600)이 상기 액체 전해질 및 고분자 전해질인 경우, 리튬염이 용매에 용해된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬염은, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF5, LiClO4, LiN, CF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)2, LiPF4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF5(iso-C3F7)3, LiPF5(iso-C3F7), (CF2)2(SO2)2NLi 및 (CF2)3(SO2)2NLi 중 1 이상의 리튬염 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 액체전해질인 경우, 상기 용매는 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate, EC), 부틸렌 카보네이트(butylene carbonate, BC), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate, EMC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디프로필 카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 메틸프로필 카보네이트(methylpropyl carbonate, MPC), 에틸프로필 카본이트(ethylpropyl carbonate,EPC), 메틸에틸 카보네이트(methylethyl carbonate, MEC) 등의 유기 용매일 수 있다. 고분자 전해질인 경우, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌옥사이드 블록 공중합체; 실란기 및/또는 실록산기를 포함하는 단독 고분자, 실란기 및/또는 실록산기에 모노메타크릴레이트, 비닐, 하이드라이드, 디스테아레이트, 비스(1,2-하이드록시-스테아레이트), 메톡시, 에톡시레이트, 프로폭시레이트, 디글리시딜에테르, 모노글리시딜에테르, 모노하이드록시, 비스(하이드록시알킬), 클로린, 비스(3-아미노프로필) 및 비스((아미노에틸-아미노프로필)디메톡시실릴)에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 결합기가 포함된 공중합체 고분자 수지 등을 사용할 수 있으며, 이종의 고분자를 블렌드하여 사용할 수도 있다. 무기 전해질인 경우. Cu3N, Li3N, LiPON, Li3PO4.Li2S.SiS2, Li2S.GeS2.Ga2S3, Li2O.11Al2O3, Na2O.11Al2O3, (Na,Li)1+xTi2-xAlx(PO4)3 (0.1≤x≤0.9), Li1+xHf2-xAlx(PO4)3 (0.1≤x≤0.9), Na3Zr2Si2PO12, Li3Zr2Si2PO12, Na5ZrP3O12, Na5TiP3O12, Na3Fe2P3O12, Na4NbP3O12, Na-Silicates, Li0.3La0.5TiO3, Na5MSi4O12(M은 Nd, Gd, Dy 등의 희토류원소) Li5ZrP3O12, Li5TiP3O12, Li3Fe2P3O12, Li4NbP3O12, Li1+x(M,Al,Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3 (X≤0.8, 0≤Y≤1.0, M은 Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb), Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12(0<x≤0.4, 0<y≤0.6, Q 는 Al 또는 Ga), Li6BaLa2Ta2O12, Li7La3Zr2O12, Li5La3Nb2O12, Li5La3M2O12(M은 Nb, 또는 Ta) 및 Li7+xAxLa3-xZr2O12(0<x<3, A는 Zn) 중 하나 이상을 포함할 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않는다.The electrolyte 600 may be disposed between the positive electrodes 400 and 500 and the negative electrodes 100, 200 and 300. According to an embodiment, the electrolyte 600 may be a liquid electrolyte, a polymer electrolyte, or a solid electrolyte. When the electrolyte 600 is the liquid electrolyte and the polymer electrolyte, a lithium salt may be dissolved in a solvent. For example, the lithium salt is LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 5 , LiClO 4 , LiN, CF 3 SO 3 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC(SO 2 CF 3 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), (CF 2 ) 2 (SO 2 ) 2 NLi and (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi may contain any one or more of at least one lithium salt, which is a liquid electrolyte In the case, the solvent is propylene carbonate, ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate, dimethyl Carbonate (dimethylcarbonate, DMC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), etc. It can be an organic solvent. In the case of a polymer electrolyte, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene oxide and polypropylene oxide block copolymer; A single polymer containing a silane group and/or a siloxane group, monomethacrylate, vinyl, hydride, distearate, bis(1,2-hydroxy-stearate), methoxy, and a silane group and/or a siloxane group Oxylate, propoxylate, diglycidyl ether, monoglycidyl ether, monohydroxy, bis(hydroxyalkyl), chlorine, bis(3-aminopropyl) and bis((aminoethyl-aminopropyl) dime A copolymer polymer resin including a linking group selected from the group consisting of oxysilyl) ether may be used, or a heterogeneous polymer may be blended. For inorganic electrolytes. Cu 3 N, Li 3 N, LiPON, Li 3 PO 4 .Li 2 S.SiS 2, Li 2 S.GeS 2 .Ga 2 S 3, Li 2 O.11Al 2 O 3, Na 2 O.11Al 2 O 3 , (Na,Li) 1+x Ti 2-x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9), Li 1+x Hf 2-x Al x (PO 4 ) 3 (0.1≤x≤0.9) ), Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 5 ZrP 3 O 12 , Na 5 TiP 3 O 12 , Na 3 Fe 2 P 3 O 12 , Na 4 NbP 3 O 12 , Na-Silicates, Li 0.3 La 0.5 TiO 3 , Na 5 MSi 4 O 12 (M is a rare earth element such as Nd, Gd, Dy) Li 5 ZrP 3 O 12 , Li 5 TiP 3 O 12 , Li 3 Fe 2 P 3 O 12 , Li 4 NbP 3 O 12 , Li 1+x (M,Al,Ga)x(Ge 1-y Ti y ) 2-x (PO 4 ) 3 (X≤0.8, 0≤Y≤1.0, M Is Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm or Yb), Li 1+x+y Q x Ti 2-x Si y P 3-y O 12 (0<x≤0.4, 0 <y≤0.6, Q is Al or Ga), Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 5 La 3 M 2 O 12 (M is Nb, or Ta) and Li 7+x A x La 3-x Zr 2 O 12 (0<x<3, A is Zn) may be included, but is not limited thereto.

도 7에 도시되지 않았지만, 상기 양극(400, 500) 및 상기 음극(100, 200, 300) 사이에 분리막이 더 제공될 수 있다. 상기 분리막은, 상기 양극(400, 500) 및 상기 음극(100, 200, 300) 사이에 배치되고, 상기 전해질(600) 내 중앙에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 분리막은, 다공성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막)은, 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 등의 폴리올레핀(polyolefin)으로부터 제조되는 다공성 필름, 또는 부직포일 수 있다.Although not shown in FIG. 7, a separator may be further provided between the anodes 400 and 500 and the cathodes 100, 200 and 300. The separator may be disposed between the anodes 400 and 500 and the cathodes 100, 200, and 300, and may be disposed in the center of the electrolyte 600. According to an embodiment, the separator may include a porous material. For example, the separator) may be a porous film or non-woven fabric made from polyolefin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE).

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지용 음극은, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부(210) 상에 제공되고, 리튬 비반응성 물질을 포함하는 상기 베리어층(300)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 충방전 과정에서, 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 상기 볼록부(210)에서 실질적으로 억제되고, 상기 오목부(220) 내에서 집중적으로 발생될 수 있다. 이에 따라, 음극에서 덴드라이트 형성이 최소화되고, 전착 밀도가 향상되어, 고신뢰성, 고효율, 및 장수명의 리튬 이차 전지가 제공될 수 있다. As described above, the negative electrode for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is provided on the convex portion 210 of the base electrode 200 and includes the barrier layer 300 including a lithium non-reactive material. Can include. Accordingly, in the charging/discharging process, reversible intercalation and deintercalation of lithium ions are substantially suppressed in the convex portion 210 and may be intensively generated in the concave portion 220. Accordingly, the formation of dendrites in the negative electrode is minimized, the electrodeposition density is improved, and a lithium secondary battery having high reliability, high efficiency, and long life can be provided.

이하, 도 8 내지 도 13를 참조하여, 본 발명의 전극 구조체의 베이스 전극의 볼록부 및 오목부의 다양한 형태가 설명된다. Hereinafter, various types of convex portions and concave portions of the base electrode of the electrode structure of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 13.

도 8 내지 도 13는 본 발명의 실시 예에 따른 전극 구조체의 베이스 전극의 볼록부 및 오목부를 설명하기 위한 도면들이다. 8 to 13 are views for explaining the convex portion and the concave portion of the base electrode of the electrode structure according to an embodiment of the present invention.

도 8 내지 도 13를 참조하면, 3차원적 관점에서, 베이스 전극(200)은 볼록부 및 오목부를 포함하고, 상기 볼록부 상에 베리어층(300)이 제공되되, 2차원적인 관점, 또는 3차원적인 관점에서, 상기 볼록부 및 상기 오목부는 도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 8 to 13, from a three-dimensional perspective, the base electrode 200 includes a convex portion and a concave portion, and a barrier layer 300 is provided on the convex portion, from a two-dimensional perspective, or 3 From a dimensional perspective, the convex portion and the concave portion may be provided in various shapes, as shown in FIGS. 8 to 13.

즉, 상기 베이스 전극(200)의 상기 볼록부 상에 상기 베리어층(300)을 형성하여, 상기 오목부에서 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션을 유도하는 본 발명의 기술적 사상은, 상기 볼록부 및 상기 오목부의 구체적인 형상에 제한 받지 않고, 다양한 형상 및 모양으로 구현이 가능함은 당업자에게 자명하다. That is, the technical idea of the present invention for inducing reversible intercalation and deintercalation of lithium ions in the concave by forming the barrier layer 300 on the convex portion of the base electrode 200 is , It is obvious to those skilled in the art that it is not limited to the specific shape of the convex portion and the concave portion, and can be implemented in various shapes and shapes.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 부분 보호 박막을 갖는 리튬 금속 전극에 대한 구체적인 실험 예가 설명된다. 이는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 후술할 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a specific experimental example of a lithium metal electrode having a partially protective thin film according to an embodiment of the present invention will be described. This is for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the experimental examples to be described later.

실험 예 1 부분보호 박막의 제조 Experimental Example 1 Preparation of partial protective thin film

실험 예 1-1에 따른 부분 보호 박막의 제조 Preparation of partial protective thin film according to Experimental Example 1-1

소스 물질로 PDMS를 준비하였다. 상기 PDMS는 주제: 경화제= 10:1의 무게비로 제조하여, 리튬 금속의 볼록부 상에 전사 방식을 통해 실험 예 1-1에 따라 코팅하여 도14 와 같이 부분 보호 박막 도입된 리튬 금속 전극을 제조하였으며, 이를 광학현미경으로 관찰하였다. 관찰에 용이하기 위해 붉은색 염료를 추가적으로 첨가하였다.PDMS was prepared as a source material. The PDMS was prepared at a weight ratio of subject: curing agent = 10:1, and coated on the convex portion of lithium metal according to Experimental Example 1-1 through a transfer method to prepare a lithium metal electrode with a partial protective thin film as shown in FIG. And observed with an optical microscope. Red dye was additionally added for easy observation.

실험 예 1-2에 따른 부분 보호 박막의 제조 Preparation of partial protective thin film according to Experimental Example 1-2

실험 예 1-1에서 PDMS 대신에, PVDF를 준비하였다. 상기 PVDF는 NMP: PVDF= 9:1의 무게비로 제조하여, 리튬 금속의 볼록부 상에 전사 방식을 통해 코팅하여 부분 보호 박막을 제조하였다.Instead of PDMS in Experimental Example 1-1, PVDF was prepared. The PVDF was prepared at a weight ratio of NMP: PVDF = 9:1, and coated on the convex portion of lithium metal through a transfer method to prepare a partial protective thin film.

실험 예 1-3에 따른 부분 보호 박막의 제조Preparation of partial protective thin film according to Experimental Example 1-3

소스 물질로 Al-2O3를 준비하였다. 상기 물질은 NMP: Al-2O3 powder= 10:1의 무게비로 제조하여, 상기 마스터 기판의 함몰부에 상기 베리어층의 소스 물질로서 제공되었다. 상기 소스 물질을 건조 후 볼록부 상에 전사 방식을 통해 코팅하여 부분 보호 박막을 제조하였다.Al- 2 O 3 was prepared as a source material. The material was prepared in a weight ratio of NMP: Al- 2 O 3 powder = 10:1, and provided as a source material of the barrier layer in the recessed portion of the master substrate. The source material was dried and then coated on the convex portion through a transfer method to prepare a partial protective thin film.

실험예 1-4에 따른 부분 보호 박막의 제조Preparation of partial protective thin film according to Experimental Example 1-4

실험 예 1-3에서 Al-2O3 대신에, TiO-2를 준비하였다. 상기 물질은 NMP: Al-2O3 powder= 10:1의 무게비로 제조하여, 상기 마스터 기판의 함몰부에 상기 베리어층의 소스 물질로서 제공되었다. 상기 소스 물질을 건조 후 볼록부 상에 전사 방식을 통해 코팅하여 부분 보호 박막을 제조하였다.Instead of Al- 2 O 3 in Experimental Example 1-3, TiO- 2 was prepared. The material was prepared in a weight ratio of NMP: Al- 2 O 3 powder = 10:1, and provided as a source material of the barrier layer in the recessed portion of the master substrate. The source material was dried and then coated on the convex portion through a transfer method to prepare a partial protective thin film.

실험 예 1-5에 따른 부분 보호 박막의 제조 Preparation of partial protective thin film according to Experimental Example 1-5

소스 물질로 Cu를 준비하였다. 상기 물질을 스퍼터 공정을 통해 볼록부 상에 부분 보호 박막을 제조하였다.Cu was prepared as a source material. The material was sputtered to form a partial protective thin film on the convex portion.

비교 예 1 Comparative Example 1

부분 보호 박막을 코팅하지 않은 리튬 베이스전극을 사용하였다. A lithium base electrode not coated with a partial protective thin film was used.

본 발명의 실험 예 1-1 내지 1-5 및 비교 예 1에 부분 보호 물질은 아래의 [표 1]과 같이 정리될 수 있다.The partial protective materials in Experimental Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Example 1 of the present invention may be arranged as shown in [Table 1] below.

부분 보호 물질Partial protection material 실험 예 1-1Experimental Example 1-1 PDMSPDMS 실험 예 1-2Experimental Example 1-2 PVDFPVDF 실험 예 1-3Experimental Example 1-3 Al2O3 Al 2 O 3 실험 예 1-4Experimental Example 1-4 TiO2 TiO 2 실험 예 1-5Experimental Example 1-5 CuCu 비교 예 1Comparative Example 1 --

실험 예 2Experiment Example 2

부분 보호 박막 도입으로 인한 리튬 전착 특성을 평가하기 위해 2032 코인셀 형태의 전지를 제작하였다. 이때 양극은 전이금속산화물인 LiCoO2(KD10, Korea) 90 중량%, 도전재(Super-P, Timcal) 5 중량%, 폴리비닐리덴 플로오르(PVdF, KF-1300, Kureha) 5 중량%로 제작하였으며, 전극 코팅 두께는 40 ㎛, 면적당 중량은 7.10 mg/cm2 로 설계되었다. 전해질은 리튬염인 LiPF6가 1.0mol/L 포함된 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate)/에틸 메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate)(부피비 3/7)(PANAX ETEC Co. Ltd, Korea) 유기용매 혼합액을, 분리막으로는 폴리에틸렌 분리막 (PE separator, 12 μm)를, 음극은 상기 제시된 실험 예 1의 부분 보호 박막 코팅된 리튬 금속 전극을 사용하였다. In order to evaluate the lithium electrodeposition characteristics due to the introduction of the partial protective thin film, a 2032 coin cell type battery was manufactured. At this time, the cathode is made of transition metal oxide LiCoO 2 (KD10, Korea) 90% by weight, conductive material (Super-P, Timcal) 5% by weight, polyvinylidene fluor (PVdF, KF-1300, Kureha) 5% by weight The electrode coating thickness was designed to be 40 μm, and the weight per area was 7.10 mg/cm 2 . The electrolyte was a mixture of ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate (volume ratio 3/7) (PANAX ETEC Co. Ltd, Korea) containing 1.0 mol/L of lithium salt LiPF 6 and an organic solvent mixture, a separator. A polyethylene separator (12 μm) was used as the negative electrode, and a lithium metal electrode coated with a partially protective thin film of Experimental Example 1 was used as the negative electrode.

비교 예 2Comparative Example 2

실험 예 2에서 부분보호박막을 코팅하지 않은 리튬 베이스전극을 사용한 것을 제외하고, 실험 예 2와 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Experimental Example 2, except that a lithium base electrode not coated with a partial protective thin film was used in Experimental Example 2.

이의 실험 예 2-1과 비교예 2의 전착특성은 도 15에 도시되어 있으며 전자현미경으로 관찰하였다. 본 발명의 실험 예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2에 부분 보호 물질은 아래의 [표 2]와 같이 정리될 수 있다.The electrodeposition characteristics of Experimental Example 2-1 and Comparative Example 2 are shown in FIG. 15 and observed with an electron microscope. Partial protective materials in Experimental Examples 2-1 to 2-5 and Comparative Example 2 of the present invention may be arranged as shown in [Table 2] below.

오목부상 전착 특성Concave wound electrodeposition characteristics 덴드라이트 형성Dendrite formation 실험 예 2-1Experimental Example 2-1 우수Great 양호Good 실험 예 2-2Experimental Example 2-2 우수Great 양호Good 실험 예 2-3Experimental Example 2-3 양호Good 양호Good 실험 예 2-4Experimental Example 2-4 양호Good 양호Good 실험 예 2-5Experimental Example 2-5 양호Good 양호Good 비교 예 2Comparative Example 2 -- 불량Bad

도 15는 실험예 2-1 및 비교예 2에 따른 리튬 금속 전극의 전착 특성을 측정한 데이터이다. 이러한 결과로부터 부분 보호 박막을 통해 리튬 전착 특성이 및 덴드라이트 형성이 억제됨을 확인 할 수 있다.15 is data measuring electrodeposition properties of lithium metal electrodes according to Experimental Example 2-1 and Comparative Example 2. From these results, it can be confirmed that lithium electrodeposition properties and dendrite formation are suppressed through the partial protective thin film.

실험 예 3Experiment Example 3

부분 보호 박막 도입으로 인한 리튬의 전기화학 특성을 평가하기 위해 2032 코인셀 형태의 전지를 제작하였다. 이에 상기 양극, 전해질 및 분리막은 실험 예 2와 동일하게 진행하였다. 실험 예 1-1의 PDMS 부분 보호 박막 도입된 리튬을 음극으로 사용하였다. 실험 예 3의 결과는 도 16에 도시되어 있다. To evaluate the electrochemical properties of lithium due to the introduction of the partial protective thin film, a 2032 coin cell type battery was fabricated. Accordingly, the anode, electrolyte, and separator were performed in the same manner as in Experimental Example 2. Lithium introduced into the PDMS partial protective thin film of Experimental Example 1-1 was used as a negative electrode. The results of Experiment 3 are shown in FIG. 16.

비교 예 3Comparative Example 3

실험예 3에서 부분보호박막을 코팅하지 않은 리튬 베이스전극을 사용한 것을 제외하고, 실험 예 3과 동일하게 실시하였다.Experimental Example 3 was carried out in the same manner as in Experimental Example 3, except that a lithium base electrode not coated with a partial protective thin film was used.

도 16은 실험 예 3 및 비교 예 3에 따른 리튬 금속 전극의 율속 및 임피던스 특성을 측정한 데이터이다. 구체적으로, 도 16의 a) 0.5C 수준의 충/방전에 따른 수명특성 결과를 나타낸 그래프이며, b)는 초기 사이클의 임피던스 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 이러한 결과로부터 부분 보호 박막 코팅을 통해 향상된 수명 특성 및 표면 전류 밀도 제어가 발현되는 것을 확인 할 수 있다.16 is data obtained by measuring rate speed and impedance characteristics of lithium metal electrodes according to Experimental Example 3 and Comparative Example 3. Specifically, in FIG. 16, a) is a graph showing the results of lifespan characteristics according to charging/discharging at a level of 0.5C, and b) is a graph showing the results of impedance measurement in the initial cycle. From these results, it can be confirmed that improved lifespan characteristics and surface current density control are exhibited through the partial protective thin film coating.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 블록도를 도시한 것이다. 17 is a block diagram of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차(1000)는 모터(1010), 변속기(1020), 액슬(1030), 배터리팩(1040) 및 파워제어부(1050) 및 충전부(1060) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17, an electric vehicle 1000 according to an embodiment of the present invention includes a motor 1010, a transmission 1020, an axle 1030, a battery pack 1040, a power control unit 1050, and a charging unit 1060. ) May include at least one of.

상기 모터(1010)는 상기 배터리팩(1040)의 전기 에너지를 운동 에너지로 변환할 수 있다. 상기 모터(1010)는 변환된 운동에너지를 상기 변속기(1020)를 통하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다. 상기 모터(1010)는 단일 모터 또는 복수의 모터로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(1010)가 복수의 모터로 이루어지는 경우 상기 모터(1010)는 전륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 전륜 모터와 후륜 액슬에 운동 에너지를 공급하는 후륜 모터를 포함할 수 있다.The motor 1010 may convert electric energy of the battery pack 1040 into kinetic energy. The motor 1010 may provide the converted kinetic energy to the axle 1030 through the transmission 1020. The motor 1010 may be formed of a single motor or a plurality of motors. For example, when the motor 1010 includes a plurality of motors, the motor 1010 may include a front wheel motor that supplies kinetic energy to a front axle and a rear wheel motor that supplies kinetic energy to a rear axle.

상기 변속기(1020)는 상기 모터(1010)와 상기 액슬(1030) 사이에 위치하여 상기 모터(1010)로부터의 운동 에너지를 운전자가 원하는 운전 환경에 부합하도록 변속하여 상기 액슬(1030)에 제공할 수 있다.The transmission 1020 may be positioned between the motor 1010 and the axle 1030 to provide kinetic energy from the motor 1010 to the axle 1030 by shifting to suit the driving environment desired by the driver. have.

상기 배터리팩(1040)은 상기 충전부(1060)로부터의 전기 에너지를 저장할 수 있고, 저장된 전기 에너지를 상기 모터(1010)에 제공할 수 있다. 상기 배터리팩(1040)은 상기 모터(1010)로 직접 전기 에너지를 공급할 수도 있고, 상기 파워제어부(1050)을 통하여 전기 에너지를 공급할 수 있다. The battery pack 1040 may store electric energy from the charging unit 1060 and provide the stored electric energy to the motor 1010. The battery pack 1040 may directly supply electric energy to the motor 1010 or may supply electric energy through the power control unit 1050.

이 때 상기 배터리팩(1040)은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 셀은 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 리튬 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 리튬계 이차전지 등 다양한 방식의 이차전지를 포함할 수 있다. 한편, 배터리 셀은 개개의 배터리를 말하는 용어일 수 있고, 배터리 팩은 원하는 전압 및/또는 용량을 가지도록 개개의 배터리 셀이 상호 연결된 배터리 셀 집합체를 말할 수 있다.In this case, the battery pack 1040 may include at least one battery cell. In addition, the battery cell may include the lithium secondary battery according to the embodiment of the present invention described above, but is not limited thereto, and may include various types of secondary batteries such as lithium-based secondary batteries. Meanwhile, the battery cell may be a term referring to individual batteries, and the battery pack may refer to an assembly of battery cells in which individual battery cells are interconnected to have a desired voltage and/or capacity.

상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)을 제어할 수 있다. 다시 말해, 상기 파워 제어부(1050)는 상기 배터리 팩(1040)으로부터 상기 모터(1010)로의 파워가 요구되는 전압, 전류, 파형 등을 가지도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 상기 파워 제어부(1050)는 패시브 전력소자 및 액티브전력소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The power control unit 1050 may control the battery pack 1040. In other words, the power control unit 1050 may control the power from the battery pack 1040 to the motor 1010 to have a required voltage, current, and waveform. To this end, the power control unit 1050 may include at least one of a passive power device and an active power device.

상기 충전부(1060)는 도 13에 도시된 외부 전력원(1070)으로부터 전력을 제공받아 상기 배터리 팩(1040)에 제공할 수 있다. 상기 충전부(1060)는 충전 상태를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 상기 충전부(1060)는 충전의 on/off 및 충전 속도 등을 제어할 수 있다.The charging unit 1060 may receive power from the external power source 1070 shown in FIG. 13 and provide it to the battery pack 1040. The charging unit 1060 may generally control a charging state. For example, the charging unit 1060 may control charging on/off and charging speed.

도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차의 사시도이다. 18 is a perspective view of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 18을 참조하면, 상기 배터리 팩(1040)은 전기자동차(1000)의 하면에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)는 상기 전기자동차(1000)이 폭 방향의 너비를 가지는 동시에 상기 자동차(1000)의 길이방향으로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 배터리 팩(1040)은 전방 서스펜션에서부터 후방 서스펜션까지 연장할 수 있다. 따라서, 상기 배터리 팩(1040)은 보다 많은 수의 배터리 셀을 패키징할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1040)이 차체의 하단에 결합 위치하므로 차체의 무게 중심을 낮추게 되어 전기자동차(1000)의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 18, the battery pack 1040 may be coupled to the lower surface of the electric vehicle 1000. For example, the battery pack 1040 may have a shape in which the electric vehicle 1000 has a width in a width direction and extends in a length direction of the vehicle 1000. More specifically, the battery pack 1040 may extend from the front suspension to the rear suspension. Accordingly, the battery pack 1040 may provide a space for packaging a larger number of battery cells. In addition, since the battery pack 1040 is coupled to the lower end of the vehicle body, the center of gravity of the vehicle body is lowered, thereby improving the driving safety of the electric vehicle 1000.

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.19 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 19를 참조하면, 상기 배터리 팩(1040)은 복수의 배터리 셀(1043)을 보관할 수 있다. Referring to FIG. 19, the battery pack 1040 may store a plurality of battery cells 1043.

상기 배터리 팩(1040)은 하부 하우징(1041)과 상부 하우징(1042)을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징(1041)은 플랜지(1044)를 포함할 수 있고, 상기 상부 하우징(1045)에 마련된 홀을 통하여 볼트(1045)를 상기 플랜지(1044)와 체결함으로써, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042)을 결합시킬 수 있다.The battery pack 1040 may include a lower housing 1041 and an upper housing 1042. The lower housing 1041 may include a flange 1044, and by fastening a bolt 1045 with the flange 1044 through a hole provided in the upper housing 1045, the lower housing 1041 and the The upper housing 1042 can be coupled.

이 때, 상기 배터리 팩(1040)의 안정성을 향상시키기 위하여 상기 하부 및 상부 하우징은 수분 및 산소 침투를 최소화할 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 및 상부 하우징은 알루미늄, 알루미늄 합금, 플라스틱, 탄소 화합물 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하부 하우징(1041)과 상기 상부 하우징(1042) 사이에는 불침투성의 밀봉제(1049)가 위치할 수 있다.At this time, in order to improve the stability of the battery pack 1040, the lower and upper housings may be made of a material that can minimize moisture and oxygen penetration. For example, the lower and upper housings may be made of at least one of aluminum, aluminum alloy, plastic, and carbon compound. In addition, an impermeable sealant 1049 may be positioned between the lower housing 1041 and the upper housing 1042.

또한, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)을 제어하거나 안정성을 향상시키기 위한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 배터리 셀(1043)을 제어하기 위한 제어단자(1047)를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 셀(1043)의 열폭주(thermal runaway)를 방지하거나 상기 배터리 셀(1043)의 온도를 제어하기 위하여 냉각라인(1046)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 배터리 팩(1040)은 상기 배터리 팩(1040) 내부의 가스를 분출하기 위한 가스분출구(1048)을 포함할 수 있다.In addition, the battery pack 1040 may include a component for controlling the battery cell 1043 or improving stability. For example, the battery pack 1040 may include a control terminal 1047 for controlling the battery cell 1043 inside the battery pack 1040. In addition, for example, the battery pack 1040 may include a cooling line 1046 to prevent thermal runaway of the battery cell 1043 or to control the temperature of the battery cell 1043. . Further, for example, the battery pack 1040 may include a gas outlet 1048 for ejecting gas inside the battery pack 1040.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.

100: 집전체
200: 베이스 전극
210: 볼록부
220: 오목부
230: 요철
250: 마스터 기판
252: 돌출부
254: 함몰부
300: 베리어층
310: 소스물질
400: 집전체
500: 양극활물질
600: 전해질
100: current collector
200: base electrode
210: convex portion
220: recess
230: irregularities
250: master substrate
252: protrusion
254: depression
300: barrier layer
310: source material
400: current collector
500: cathode active material
600: electrolyte

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 리튬 금속을 음극으로 하는 베이스 전극을 준비하는 단계;
상기 베이스 전극의 표면에 볼록부 및 오목부를 형성하는 단계; 및
상기 베이스 전극의 상기 볼록부를 덮고, 상기 베이스 전극의 상기 오목부를 노출시키고, 리튬 비반응성 물질(lithium non reactive material)을 포함하는 베리어층(barrier layer)을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 볼록부 및 상기 오목부를 형성하는 단계는,
돌출부 및 함몰부를 갖는 마스터 기판을 준비하는 단계; 및
상기 마스터 기판 및 상기 베이스 전극을 접합시켜, 상기 돌출부에 대응하는 상기 오목부 및 상기 함몰부에 대응하는 상기 볼록부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 마스터 기판을 준비하는 단계는, 상기 마스터 기판의 상기 함몰부 내에 상기 베리어층의 소스 물질을 제공하는 것을 포함하고,
상기 마스터 기판 및 상기 베이스 전극이 접합되어, 상기 함몰부 내의 상기 소스 물질이 상기 볼록부 상으로 전사되는 것을 포함하는 전극 구조체의 제조 방법.
Preparing a base electrode using lithium metal as a negative electrode;
Forming a convex portion and a concave portion on the surface of the base electrode; And
Covering the convex portion of the base electrode, exposing the concave portion of the base electrode, and forming a barrier layer containing a lithium non-reactive material,
The step of forming the convex portion and the concave portion,
Preparing a master substrate having protrusions and depressions; And
Bonding the master substrate and the base electrode to form the concave portion corresponding to the protruding portion and the convex portion corresponding to the concave portion,
Preparing the master substrate includes providing a source material of the barrier layer in the depression of the master substrate,
The method of manufacturing an electrode structure, comprising bonding the master substrate and the base electrode to transfer the source material in the concave portion onto the convex portion.
삭제delete 삭제delete 제7 항에 있어서,
상기 마스터 기판의 상기 함몰부 내에 상기 소스 물질을 제공하는 단계는,
상기 마스터 기판 상에 상기 소스 물질을 제공하는 단계; 및
상기 소스 물질이 제공된 상기 마스터 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 전극 구조체의 제조 방법.
The method of claim 7,
Providing the source material in the depression of the master substrate,
Providing the source material on the master substrate; And
A method of manufacturing an electrode structure comprising the step of heat-treating the master substrate provided with the source material.
삭제delete 제7 항에 있어서,
상기 베리어층을 형성한 후, 노출된 상기 오목부의 표면을 식각하여, 상기 오목부의 표면에 요철을 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 구조체의 제조 방법.
The method of claim 7,
After forming the barrier layer, the method of manufacturing an electrode structure further comprising the step of etching the exposed surface of the concave portion to form irregularities on the surface of the concave portion.
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