KR102394339B1 - 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법에 관한 것으로, 다수개의 기공이 형성되는 개포형 발포 금속을 준비하는 단계; 개포형 발포 금속이 준비되면 개포형 발포 금속이 표면에 전처리 잉크를 도포하여 전처리층을 형성하는 단계; 및 개포형 발포 금속의 표면에 전처리 잉크가 도포되면 개포형 발포 금속에 전극 활물질을 도포하여 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하며, 전처리층을 형성하는 단계는 아이소프로필 알코올과 피로메리트산을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계와, 순수와 말레산과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계와, 첨가제와 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계와, 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하여 전처리 잉크를 형성하는 단계와, 전처리 잉크가 형성되면 개포형 발포 금속이 표면에 전처리 잉크를 도포하여 전처리층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법에 관한 것으로, 특히 다수개의 기공이 형성된 우레탄 발포 시트의 표면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되는 개포형 발포 금속을 제조함으로써 상부와 하부의 표면이 관통하는 다수개의 기공을 정확하며 용이하게 형성할 수 있는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법에 관한 것이다.
전기 이중층 커패시터(electric double layer capacitor)는 하나의 슈퍼 커패시터로 전극으로 활성탄을 사용하고 있으며, 활성탄에 관련된 기술이 한국공개특허공보 제10-2011-0063472호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호는 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 활성탄 제조 방법으로 평균 입경이 작고 입자 크기가 균일하며 비표면적이 비교적 큰 활성탄을 용이하고 생산성이 있도록 제조하기 위한 것이다. 한국공개특허공보 제10-2011-0063472호에 기재된 전기 이중층 커패시터의 전극에 사용되는 활성탄 제조 방법은 출발 물질로서 석유 코크스나 석탄 코크스와 같은 용이하게 흑연화 가능한 탄소재를 이용하고, 탄소재는 산화 기체 대기하에서 출발 물질을 소성하고, 탄소재의 입자 크기 조절 및 활성화시켜 제조한다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호에 기재된 것과 같이 전기 이중층 커패시터나 이차 전지 등의 전극에 사용되는 집전체는 금속 포일 등을 사용하였으며, 표면적의 증가나 전극의 접착력 개선을 위해 다수개의 관통공을 형성하는 경우에 천공과 같은 물리적인 작업이나 식각 등의 작업을 이용하고 있으나 물리적인 작업은 물리적인 천공으로 인해 정확한 관통구의 형성이 용이하지 않아 전극을 손상을 시킬 수 있으며, 식각 작업은 사진 공정 등이 요구되어 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수개의 기공이 형성된 우레탄 발포 시트의 표면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되는 개포형 발포 금속을 제조함으로써 상부와 하부의 표면이 관통하는 다수개의 기공을 정확하며 용이하게 형성할 수 있는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다수개의 기공이 형성된 우레탄 발포 시트의 표면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되는 개포형 발포 금속을 제조함으로써 개포형 발포 금속의 일측과 타측의 표면에 형성된 전극 활물질이 다수개의 기공을 통해 연결되고, 개포형 발포 금속의 표면을 전처리 잉크를 이용해 전처리함으로써 개포형 발포 금속과 전극 활물질 사이의 밀착성을 개선시킴에 의해 전극 활물질이 박리되는 것을 방지함으로써 계면저항 증가를 방지하여 출력과 수명 특성을 개선시킬 수 있는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법은 다수개의 기공이 형성되는 개포형(open cell type) 발포 금속을 준비하는 단계; 상기 개포형 발포 금속이 준비되면 상기 개포형 발포 금속이 표면에 전처리 잉크를 도포하여 전처리층을 형성하는 단계; 및 상기 개포형 발포 금속의 표면에 전처리 잉크가 도포되면 상기 전처리층을 매개로 개포형 발포 금속에 전극 활물질을 도포하여 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전처리층을 형성하는 단계는 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)과 피로메리트산(pyromellitic acid)을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계와, 순수와 말레산(maleic acid)과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 상기 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하여 전처리 잉크를 형성하는 단계와, 상기 전처리 잉크가 형성되면 상기 개포형 발포 금속의 표면에 전처리 잉크를 도포하여 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면과 다수개의 기공의 내측의 표면에 각각 전처리층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전극 활물질층을 형성하는 단계는 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전처리층이 개방되고 다수개의 기공이 각각 채워지게 다수개의 기공의 내측에 형성된 전처리층을 매개로 제2전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층을 형성하는 단계와, 상기 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전리층을 매개로 개포형 발포 금속과 다수개의 기공 매립층의 각각의 상부나 하부의 표면에 각각 제1전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층과 각각 연결된 상태에서 개포형 발포 금속과 연결되며 다수개의 기공 매립층을 포함하여 개포형 발포 금속의 상부나 하부가 커버되게 커버 전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1전극 활물질은 카본이나 활성탄이 사용되며, 상기 제2전극 활물질은 실리콘(Si) 분말이 사용되며, 상기 전도성 수지는 아크릴(acrylic), 나이트로셀룰로스(nitrocellulose) 및 키토산(chitosan) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법은 다수개의 기공이 형성된 우레탄 발포 시트의 표면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되는 개포형 발포 금속을 제조함으로써 상부와 하부의 표면이 관통하는 다수개의 기공을 정확하며 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있으며, 다수개의 기공이 형성된 우레탄 발포 시트의 표면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되는 개포형 발포 금속을 제조함으로써 개포형 발포 금속의 일측과 타측의 표면에 형성된 전극 활물질이 다수개의 기공을 통해 연결되고, 개포형 발포 금속의 표면을 전처리 잉크를 이용해 전처리함으로써 개포형 발포 금속과 전극 활물질 사이의 밀착성을 개선시킴에 의해 전극 활물질이 박리되는 것을 방지함으로써 계면저항 증가를 방지하여 출력과 수명 특성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 개포형 발포 금속의 제조방법을 상세히 나타낸 공정 흐름도,
도 3은 도 1에 도시된 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법으로 제조된 전극의 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 개포형 발포 금속이나 전극 활물질층을 형성하기 위한 롤투롤(roll to roll) 공정 장비의 개략적인 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 개포형 발포 금속의 제조방법을 상세히 나타낸 공정 흐름도,
도 3은 도 1에 도시된 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법으로 제조된 전극의 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 개포형 발포 금속이나 전극 활물질층을 형성하기 위한 롤투롤(roll to roll) 공정 장비의 개략적인 정면도.
이하, 본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 3에서와 같이 본 발명의 개포형 발포 금속(111)을 이용한 전극 제조방법은 다수개의 기공(111a)이 형성되는 개포형(open cell type) 발포 금속(111)을 준비하는 단계(S10)를 수행한다. 단계(S10)에서 개포형 발포 금속(111)이 준비되면 개포형 발포 금속(111)이 표면에 전처리 잉크를 도포하여 전처리층(112)을 형성하는 단계(S20)를 수행한다. 단계(S20)에서 개포형 발포 금속(111)의 표면에 전처리 잉크가 도포되면 전처리층(112)을 매개로 개포형 발포 금속(111)과 연결되게 개포형 발포 금속(111)에 전극 활물질을 도포하여 전극 활물질층(113)을 형성하는 단계(S30)를 수행하여 개포형 발포 금속(111)의 표면에 전극 활물질층(113)을 형성한다.
본 발명의 개포형 발포 금속(111)을 이용한 전극(110)의 형성 방법에 대한 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.
개포형 발포 금속(111)을 준비하는 단계(S10)는 도 2 내지 도 4에서와 같이, 먼저, 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21) 사이에 위치되어 두께가 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)에 의해 규제되게 발포혼합물을 도포하는 단계(S11)를 수행한다. 즉, 발포혼합물의 도포 방법은 도 4에 도시된 도 4에 도시된 롤 투 롤 공정 장비를 이용해 수행하며, 롤 투 롤 공정 장비는 발포혼합물 공급조(30)에서 발포혼합물이 제1반송시트(11)의 상부에 공급되면 발포혼합물이 도포된 제1반송시트(11)가 보조롤러(10a)에 가이드되어 제2반송시트(21)의 하부로 이송된다. 발포혼합물은 제1반송시트(11)가 제2반송시트(21)의 하부로 이송되면 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)의 간격에 의해 두께가 규정되어 도포되며, 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)는 각각 한 쌍의 보조 롤러(20a)에 의해 규제되어 일정한 간격을 유지하게 된다. 예를 들어, 발포혼합물은 도 4에 도시된 롤 투 롤 장비에서 제1반송시트(11)의 상부의 표면에 도포된 상태에서 서로 수직방향으로 간격을 두고 배치되는 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)의 간격에 의해 두께가 규정되어 도포된다.
제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)에 의해 두께가 규정되어 도포되는 발포혼합물은 발포용 폴리우레탄 수지와 발포제를 혼합하여 형성된다. 발포용 폴리우레탄 수지는 폴리올(polyol)과 디이소시아네이트(diisocyanate) 화합물을 포함하여 사용된다. 폴리올은 폴리에스테르글리콜(polyesterglycol), 폴리에테르글리콜(polyetherglycol), 폴리카보네이트글리콜(polycarbonateglycol) 중 하나 이상이 사용된다. 디이소시아네이트 화합물은 디이소시아네이트(diisocyanate), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate), 폴리머릭 메틸렌 디페닐디이소시아네이트(polymeric methylene diphenyl diisocyanate), 테트라 메틸렌 디이소시아네이트(tetra methylene diisocyanate), 이소 홀론 디이소시아네이트(iso holon diisocyanate), 나프탈렌 디이소시아네이트(diisocyanate) 및 트리페닐 메탄 트리이소시아네이트(triphenyl methane triisocyanate) 중 둘 이상이 사용되며, 발포제는 CO2, 순수(H2O), 하이드로클로로플루오로카본(hydrochlorofluorocarbons), 퍼플루오르카본(perfluorocarbon) 및 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbon) 중에서 둘 이상이 사용된다.
발포혼합물이 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21) 사이에 위치되게 도포되면 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 건조기(40)로 이송시켜 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21) 사이에 위치된 발포혼합물을 건조시키는 단계(S12)를 수행한다. 발포혼합물이 건조되면 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 히터(50)로 이송시켜 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21) 사이에 위치되고 건조된 발포혼합물을 가열시킴에 의해 발포되어 우레탄 발포시트를 형성하는 단계(S13)를 수행한다. 여기서, 우레탄 발포시트는 다수개의 발포 시트 기공(부재번호 미도시)이 형성된다. 다수개의 발포 시트 기공은 각각 우레탄 발포시트의 일측의 표면에서 타측의 표면으로 관통되게 형성된다. 우레탄 발포시트가 형성되면 우레탄 발포 시트를 무전해 도금조(70)로 이송시켜 우레탄 발포 시트의 전면에 금속을 도금하여 상부의 표면과 하부의 표면이 관통하는 다수개의 기공(111a)이 형성되는 개포형 발포 금속(111)을 형성하는 단계(S14)를 수행한다. 즉, 개포형 발포 금속(111)은 우레탄 발포 시트가 형성되면 우레탄 발포시트에 형성되는 다수개의 발포 시트 기공의 표면을 포함하여 우레탄 발포 시트의 전면에 금속을 도금하여 다수개의 기공(111a)을 형성한다. 예를 들어, 다수개의 기공(111a)은 각각 개포형 발포 금속(111)의 일측의 표면에서 타측의 표면으로 관통되게 형성되며, 다수개의 발포 시트 기공의 표면에 금속을 도금하여 형성되며, 도금은 금속 재질을 이용함으로써 개포형 발포 금속(111)을 권취하여 사용할 수 있으며, 개포형 발포 금속(111)의 전기 전도성을 개선시킨다. 여기서, 금속 재질은 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등이 사용된다.
개포형 발포 금속(111)이 형성되면 전처리층(112)을 형성하는 단계(S20)를 수행한다. 전처리층(112)을 형성하는 단계(S20)는 도 1 및 도 3에서와 같이, 먼저, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)과 피로메리트산(pyromellitic acid)을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계(S21)를 수행한다. 첨가제가 제조되면 순수와 말레산(maleic acid)과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계(S22)를 수행한다. 바인더가 제조되면 첨가제와 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계(S23)를 수행한다. 첨가제와 바인더의 혼합물이 제조되면 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하여 전처리 잉크를 형성하는 단계(S24)를 수행한다. 여기서, 첨가제와 바인더의 혼합물에 혼합되는 전도성 수지는 아크릴(acrylic), 나이트로셀룰로스(nitrocellulose) 및 키토산(chitosan) 중 하나가 사용되며, 제1전극 화물질은 카본이나 활성탄이 사용된다.
전처리 잉크가 형성되면 개포형 발포 금속(111)의 표면에 전처리 잉크를 도포하여 개포형 발포 금속(111)의 상부나 하부의 표면과 다수개의 기공(111a)의 내측의 표면에 각각 전처리층(112)을 형성하는 단계(S25)를 수행하며, 전처리층(112)의 형성 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61)를 이용하며, 한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61) 중 하나의 전처리 잉크 분사기(60)는 개포형 발포 금속(111)의 일측의 표면에 배치되며, 다른 하나의 전처리 잉크 분사기(61)는 발포 금속(111)의 타측의 표면에 배치되어 개포형 발포 금속(111)으로 전처리 잉크를 분사하여 도포한다. 이러한 전처리 잉크는 무전해 도금조(70)의 전단에 건조기(도시 않음)에 의해 건조되어 전처리층(112)으로 형성된다.
전처리층(112)에 사용되는 전처리 잉크의 제조 방법의 구체적인 실시예는 먼저, 아이소프로필 알코올과 피로메리트산을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계(S21)에서 첨가제는 아이소프로필 알코올 80 내지 90 wt％와 피로메리트산 10 내지 20 wt％를 상온(25℃)에서 교반기를 이용해 350 내지 500RPM(revolutions per minute)으로 5 내지 10분 동안 혼합하여 제조한다. 첨가제가 제조되면 순수와 말레산과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계(S21)에서 바인더는 순수와 말레산을 혼합하여 순수와 말레산의 혼합물을 제조한 후 순수와 말레산의 혼합물에 전도성 수지를 혼합하여 전도성 수지의 혼합물을 제조하며, 순수와 말레산의 혼합물은 순수 80 내지 90 wt％와 말레산 10 내지 20 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 350 내지 500RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합한다. 여기서, 전도성 수지의 혼합물은 순수와 말레산의 혼합물 80 내지 90 wt％와 전도성 수지 10 내지 20 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 1500 내지 2000RPM으로 10 내지 30분 동안 혼합하여 제조되고, 전도성 수지는 그래핀과 카본 나노 튜브 중 하나 이상이 사용된다.
바인더가 제조되면 첨가제와 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계(S23)에서 첨가제와 바인더의 혼합물은 첨가제 10 내지 15 wt％와 바인더 85 내지 90 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 350 내지 500RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합하여 제조된다. 첨가제와 바인더의 혼합물이 제조되면 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하는 단계(S24)에서 전도성 수지와 제1전극 활물질은 각각 첨가제와 바인더의 혼합물 80 내지 90 wt％에 전도성 수지 5 내지 10 wt％와 제1전극 활물질 5 내지 10 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 800 내지 1000RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합하여 제조한다. 여기서, 아크릴(acrylic), 나이트로셀룰로스(nitrocellulose) 및 키토산(chitosan) 중 하나가 사용되며, 제1전극 활물질은 카본, 활성탄 및 활성탄 중 활성탄 80 내지 90wt％와 도전제 8 내지 15wt％와 바인더 5 내지 12wt％로 이루어지며, 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 하나가 사용된다.
전극 활물질층(113)을 형성하는 단계(S30)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 개포형 발포 금속(111)의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전처리층(112)이 개방되며 다수개의 기공(111a)의 내측에 형성된 전처리층(112)을 매개로 기공(111a)의 내측과 연결되도록 다수개의 기공(111a)이 각각 채워지게 제2전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층(113a)을 형성하는 단계(S31)를 수행한다. 다수개의 기공매립층(113a)을 형성하는 제2전극 활물질은 실리콘(Si) 분말이 사용된다. 즉, 다수개의 기공(111a)은 내측에 제2전극 활물질로 실리콘(Si) 분말이 채워짐으로써 에너지 밀도를 개선시킬 수 있으며, 실리콘(Si) 분말의 입경이 서로 동일한 것을 사용함으로써 각각의 실리콘(Si) 분말 사이에 공간이 발생되며, 이 공간에 의해 실리콘(Si) 분말이 팽창되는 경우에 버퍼 공간으로 사용될 수 있어 실리콘(Si) 분말의 팽창으로 인한 전극 활물질층(113)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
다수개의 기공매립층(113a)이 형성되면 개포형 발포 금속(111)의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전처리층(112)을 매개로 개포형 발포 금속(111)의 상부나 하부의 표면에 각각 제1전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층(113a)과 연결된 상태에서 개포형 발포 금속(111)과 연결되며 다수개의 기공매립층(113a)과 개포형 발포 금속(111)의 각각의 상부나 하부의 표면이 각각 커버(cover)되게 커버 전극층(113b)을 형성하는 단계(S32)를 수행한다. 커버 전극층(113b)은 제1전극 활물질으로 카본이나 활성탄이 사용된다. 즉, 커버 전극층(113b)은 전처리층(112)에 사용되는 동일한 제1전극 활물질 사용되어 실리콘(Si) 분말로 형성되는 다수개의 기공매립층(113a)을 전처리층(112)과 커버 전극층(113b) 사이에 위치되게 함으로써 실리콘(Si) 분말의 팽창으로 인한 전극 활물질층(113)의 손상을 방지할 수 있게 된다. 예를 들어 커버 전극층(113b)이 제1전극 활물질로 카본이 사용되면 전처리층(112)에도 제1전극 활물질로 카본이 사용되며, 커버 전극층(113b)이 제1전극 활물질로 활성탄이 사용되면 전처리층(112) 또한, 제1전극 활물질로 활성탄이 사용되어 다수개의 기공매립층(113a)을 커버함으로써 에너지 밀도는 개선시키고 실리콘(Si) 분말의 팽창으로 인한 전극 활물질층(113)의 손상을 방지한다.
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법에 적용되는 롤 투 롤 공정 장비를 첨부된 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 롤 투 롤 공정 장비는 제1반송 시트 권취롤(10), 제2반송 시트 권취롤(20), 발포혼합물 공급조(30), 건조기(40), 히터(heater)(50), 한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61), 무전해 도금조(70) 및 개포형 발포 금속 회수롤(80)을 포함하여 구성된다.
일측에 제1반송 시트(11)가 권취된 제1반송 시트 권취롤(10)이 배치되고 제1반송 시트 권취롤(10)의 타측에 반송되는 제1반송시트(11)를 가이드하는 가이드 롤러(10a)가 배치된다. 제2반송 시트 권취롤(20)은 제1반송 시트 권취롤(10)의 타측에 제1반송 시트 권취롤(10) 보다 상부에 위치되게 배치되어 제1반송시트(11)에 발포혼합물 공급조(30)에 의해 발포혼합물이 도포되면 제2반송 시트(21)로 발포혼합물을 가압하여 두께가 일정하게 유지되도록 하며, 이를 위해 제1반송 시트(11)와 제2반송 시트(21)는 한 쌍의 보조롤러(20a)에 의해 가압되어 일정한 간격이 유지되도록 한다.
발포혼합물 공급조(30)는 제1반송 시트 권취롤(10)의 상부에 위치되게 제2반송 시트 권취롤(20)의 일측에 위치되게 배치되어 제1반송 시트 권취롤(10)에 권취된 제1반송 시트(11)가 이송되면 제1반송 시트(11)의 상부에 발포 혼합물을 도포한다. 발포 혼합물이 도포된 제1반송 시트(11)와 발포 혼합물의 두께를 규제하는 제2반송 시트(21)는 각각 제1반송 시트 회수롤(10c)과 제2반송 시트 회수롤(20c)에 의해 회수되어 이송된다. 제1반송 시트 회수롤(10c)과 제2반송 시트 회수롤(20c)은 각각 제1반송 시트 권취롤(10)과 제2반송 시트 권취롤(20)과 이격되게 배치되어 권취된 제1반송 시트(11)나 제2반송 시트(21)를 권취하여 회수한다.
건조기(40)는 제2반송 시트 권취롤(20)과 제2반송 시트 회수롤(20c) 사이에 위치되어 제1반송 시트(11)와 제2반송 시트(21) 사이에 위치된 발포 혼합물을 건조하며, 이를 위해 내측에 한 쌍의 히팅블럭(41,42)이 구비되고, 한 쌍의 히팅블럭(41,42)은 각각 건조기(40)의 내측의 상부와 하부에 각각 배치된다. 히터(50)는 건조기(40)와 한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61) 사이에 배치되고, 건조기(40)와 히터(50) 사이에 한 쌍의 보조롤러(20b)를 구비하여 제1반송 시트(11)나 제2반송 시트(21)를 규제함으로써 건조기(40)를 통과하여 발포혼합물이 충분히 건조될 때까지 두께를 유지시킬 수 있도록 한다. 한 쌍의 보조롤러(20b)를 통과한 제1반송 시트(11)나 제2반송 시트(21) 사이에 위치된 발포혼합물을 발포시키기 위한 열을 공급하는 히터(50)는 내측에 한 쌍의 히팅블럭(51,52)이 배치되며, 한 쌍의 히팅블럭(51,52)은 각각 내측의 상부와 하부에 배치되어 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 통해 건조된 발포혼합물로 열을 전달하여 발포혼합물을 발포시켜 우레탄 발포시트를 형성한다. 우레탄 발포시트를 용이하게 형성하기 위해 건조가 완료된 발포혼합물의 상부와 하부를 커버하는 제1반송 시트(11)와 제2반송 시트(21)는 각각 제1반송 시트 회수롤(10c)과 제2반송 시트 회수롤(20c)에 회수되면 제1반송 시트 회수롤(10c)과 제2반송 시트 회수롤(20c)을 제1반송 시트(11)와 제2반송 시트(21)의 수평을 기준으로 수평에서 벗어나도록 이격되게 배치한다. 이와 같이 제1반송 시트 회수롤(10c)과 제2반송 시트 회수롤(20c)을 각각 배치함으로써 제1반송 시트(11)와 제2반송 시트(21)는 각각 건조된 발포혼합물로부터 벗겨짐으로써 히터(50)에서 발생된 열이 건조된 발포혼합물로 보다 용이하게 전달되어 발포시 발생될 수 있는 기포를 외부로 용이하게 배출시켜 발포작업을 개선시킬 수 있게 된다.
한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61)는 히터(50)와 무전해 도금조(70) 사이에 배치되어 발포가 완료된 우레탄 발포 시트의 상부나 하부의 표면으로 전처리 잉크를 분사하여 도포함으로써 전처리층(112)을 형성한다. 한 쌍의 전처리 잉크 분사기(60,61)와 개포형 발포 금속 회수롤(80) 사이에 배치되어 우레탄 발포 시트가 보조 롤러(60a,60b,60c)에 의해 가이드되어 이송되면 우레탄 발포 시트에 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 등의 금속을 도금하여 개포형 발포 금속(111)을 제조하게 되며, 금속 도금이 완료된 개포형 발포 금속(111)은 무전해 도금조(70)의 타측에 배치된 개포형 발포 금속 회수롤(80)에 권취되어 회수된다.
전술한 롤 투 롤 공정 장비를 이용해 개포형 발포 금속을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 살펴보면 먼저, 발포혼합물을 도포하는 단계(S11)는 발포혼합물을 제1반송시트(11)의 상부에 도포시킨 상태에서 제1반송시트 권취롤(10)에 권취된 제1반송시트(11)를 제1반송시트 회수롤(10c)로 회수하며, 제1반송시트(11)의 상부에 간격을 두고 제2반송시트 권취롤(20)에 권취된 제2반송시트(21)를 제2반송시트 회수롤(20c)로 회수함에 의해 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)의 의해 두께가 균일하게 도포된다. 여기서, 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)는 각각 금속 시트(11a,21a)와 금속 시트(11a,21a)의 전면에 도포되는 열전도층(11b,21b)이 도포되며, 열전도층(11b,21b)의 재질은 그래핀(graphene)이 사용되어 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 통해 발포혼합물로 열을 전달시킨다. 즉, 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)에 사이에 도포되어 위치된 발포혼합물로 열을 용이하게 전달하여 건조나 발포 시간 등의 공정 시간을 줄여 작업 생산성을 개선시킬 수 있게 된다.
발포혼합물을 건조시키는 단계(S12)는 건조기(40)의 내측의 상부와 하부 각각 배치된 한 쌍의 히팅블럭(41,42)에서 발생되는 열을 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 통해 발포혼합물로 전달하여 발포혼합물을 건조하며, 우레탄 발포시트를 형성하는 단계(S13)는 히터(50)의 내측의 상부와 하부 각각 배치된 한 쌍의 히팅블럭(51,52)에서 발생되는 열을 제1반송시트(11)와 제2반송시트(21)를 통해 건조된 발포혼합물로 전달하여 발포혼합물을 발포시켜 우레탄 발포시트를 형성한다. 여기서, 우레탄 발포시트는 건조된 발포혼합물 200 내지 250℃에서 20 내지 60분 동안 열처리되어 두께가 10 내지 200㎛이며 다수개의 발포 시트 기공(부재번호 미기재)을 형성하여 기공율이 85 내지 98％이며, 평균 기공 지름이 0.5 내지 0.1㎜가 되도록 형성된다. 개포형 발포 금속(111)을 형성하는 단계(S14)는 무전해 도금을 이용해 우레탄 발포시트의 전면에 금속을 도포하여 전극의 집전체로 사용되며 다수개의 기공(111a)이 형성되는 개포형 발포 금속(111)을 제조하며, 도금되는 금속의 재질을 구리나 알루미늄을 사용한다. 이와 같이 제조된 개포형 발포 금속(111)은 내측은 우레탄 발포 시트이며 외측은 금속으로 도금됨으로써 연성을 가지면서 전기 전도성을 개선시킬 수 있어 경량이면서 권취하여 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법을 이용해 제조된 전극의 전기적인 특성을 확인하기 위해 리튬 이온 이차 전지를 제조하였다. 리튬 이온 이차 전지를 제조하기 위해 먼저 음극과 양극을 제조하였다.
음극을 제조하기 위해 먼저 개포형 발포 금속(111)을 제조하였고, 개포형 발포 금속(111)의 제조를 위해 발포용 폴리우레탄 수지로 폴리올로 폴리카보네이트글리콜을 사용하였고, 디이소시아네이트 화합물은 트리페닐 메탄 트리이소시아네이트을 사용하였으며, 발포제는 CO2와 클로로플루오로카본을 사용하여 건조된 발포혼합물을 제조한 후 건조된 발포혼합물 250℃에서 60분 동안 열처리하여 우레탄 발포시트를 형성하였다. 우레탄 발포시트를 형성한 후 무전해 도금을 이용해 구리(Cu)를 도금하여 두께가 200㎛이고, 기공율이 98％이며, 평균 기공 지름이 0.1㎜인 개포형 발포 금속(111)을 제조하였다. 개포형 발포 금속(111)을 제조한 후 개포형 발포 금속의 전면에 전처리층(112)을 형성하였다.
전처리층(112)은 전처리 잉크를 개포형 발포 금속(111)의 전면에 도포하여 형성하였고, 전처리 잉크는 첨가제를 아이소프로필 알코올 90 wt％와 피로메리트산 20 wt％를 상온(25℃)에서 교반기를 이용해 500RPM으로 10분 동안 혼합하여 제조하였고, 바인더는 순수 90 wt％와 말레산 10 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 500RPM으로 10분 동안 혼합한 후 순수와 말레산의 혼합물 90 wt％와 전도성 수지로 카본 나노 튜브 10wt％를 프리 믹서를 이용해 2000RPM으로 30분 동안 혼합하여 제조하였으며, 첨가제 wt％와 바인더 85 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 500RPM으로10분 동안 혼합하였다. 이 후 첨가제와 바인더의 혼합물 90 wt％에 전도성 수지로 아크릴 5 wt％와 제1전극 활물질 5 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 1000RPM으로 10분 동안 혼합하였으며, 제1전극 활물질은 활성탄 90wt％와 도전제로 슈퍼-피(Super-P) 8wt％와 바인더로 PVDF 2 wt％를 혼합하여 제조하여 전처리 잉크를 제조하였다. 전처리층(112)을 형성한 후 전처리층(112)을 매개로 전극 활물질층(113)을 형성하였다. 전극 활물질층(113)은 제2전극 활물질로 실리콘(Si) 분말을 이용해 다수개의 기공(111a)을 각각 채워 다수개의 기공매립층(113a)을 형성한 후 다수개의 기공 매립층(113a)이 커버되게 제1전극 활물질로 활성탄을 사용해 커버 전극층(113a)형성하였다.
양극 제조는 먼저, 발포용 폴리우레탄 수지로 폴리올로 폴리카보네이트글리콜을 사용하였고, 디이소시아네이트 화합물은 트리페닐 메탄 트리이소시아네이트을 사용하였으며, 발포제는 CO2와 클로로플루오로카본을 사용하여 건조된 발포혼합물을 제조한 후 건조된 발포혼합물 200℃에서 20분 동안 열처리하여 우레탄 발포시트를 형성하였다. 우레탄 발포시트를 형성한 후 무전해 도금을 이용해 알루미늄(Al)을 도금하여 두께가 10㎛이고, 기공율이 85％이며, 평균 기공 지름이 0.5㎜인 개포형 발포 금속(111)을 제조하였다. 개포형 발포 금속(111)을 제조한 후 개포형 발포 금속의 전면에 전처리층(112)을 형성하였다.
전처리층(112)은 전처리 잉크를 개포형 발포 금속(111)의 전면에 도포하여 형성하였고, 전처리 잉크는 첨가제를 아이소프로필 알코올 80wt％와 피로메리트산 0 wt％를 상온(25℃)에서 교반기를 이용해 350RPM으로 5분 동안 혼합하여 제조하였고, 바인더는 순수 80wt％와 말레산 20 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 350RPM으로 5분 동안 혼합한 후 순수와 말레산의 혼합물 80 wt％와 전도성 수지로 카본 나노 튜브 20 wt％를 프리 믹서를 이용해 1500 RPM으로 10분 동안 혼합하여 제조한 후 첨가제 10 wt％와 바인더 90 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 350RPM으로 5분 동안 혼합하여 제조하였으며, 첨가제와 바인더의 혼합물 80 wt％에 전도성 수지로 아크릴 10 wt％와 제1전극 활물질 10 wt％를 프리 믹서를 이용해 상온에서 800RPM으로 5분 동안 혼합하였으며, 제1전극 활물질은 활성탄 80 wt％와 도전제로 슈퍼-피 8 wt％와 바인더로 PVDF 12wt％를 혼합하여 전처리 잉크를 제조하였다. 전처리층(112)을 형성한 후 전처리층(112)을 매개로 전극 활물질층(113)을 형성하였다. 전극 활물질층(113)은 다수개의 기공(111a)이 채워지게 공지된 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 공지된 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하였다. 이와 같이 제조된 음극과 양극이 제조되면 상기 음극과 양극을 리튬 이온 이차 전지를 원통형인 18650 크기로 제조한 후 전기적인 시험을 수행하였다. 공지된 시험 장비를 이용해 전기적인 시험 결과, 본 발명이 적용된 경우에 에너지 밀도가 290Wh/kg로 측정되었으며, 종래의 원통형인 18650의 리튬 이온 이차 전지는 270Wh/kg인 것으로 측정되었다. 따라서, 본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극을 이용한 리튬 이차 전지의 경우에 종래의 리튬 이차 전지에 비해 에너지 밀도가 증가되었음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법은 개포형 발포 금속(111) 즉, 집전체의 표면을 전처리 잉크를 이용해 전처리함으로써 전극 활물질의 도포시 집전체와 전극 활물질 사이의 밀착성을 개선시킴에 의해 전극 활물질이 박리로 인해 계면저항이 증가되는 것을 방지하여 출력과 수명 특성을 개선시킬 수 있으며, 집전체를 경량화시킴으로써 전체적으로 본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법으로 제조된 전극을 이용한 전기 이중층 커패시터나 이차 전지의 무게를 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법은 전기 이중층 커패시터나 이차 전지 등의 제조산업 분야에 적용할 수 있다.
10: 제1반송 시트 권취롤 20: 제2반송 시트 권취롤
30: 발포혼합물 공급조 40: 건조기
50: 히터 60,61: 전처리 잉크 분사기
70: 무전해 도금조 80: 개포형 발포 금속 회수롤
110: 전극 111: 개포형 발포 금속
112: 전처리 잉크층 113: 전극 활물질층
30: 발포혼합물 공급조 40: 건조기
50: 히터 60,61: 전처리 잉크 분사기
70: 무전해 도금조 80: 개포형 발포 금속 회수롤
110: 전극 111: 개포형 발포 금속
112: 전처리 잉크층 113: 전극 활물질층
Claims (5)
- 다수개의 기공이 형성되는 개포형(open cell type) 발포 금속을 준비하는 단계;
상기 개포형 발포 금속이 준비되면 상기 개포형 발포 금속이 표면에 전처리 잉크를 도포하여 전처리층을 형성하는 단계; 및
상기 개포형 발포 금속의 표면에 전처리 잉크가 도포되면 상기 전처리층을 매개로 개포형 발포 금속과 연결되게 개포형 발포 금속에 전극 활물질을 도포하여 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 전처리층을 형성하는 단계는 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)과 피로메리트산(pyromellitic acid)을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계와, 순수와 말레산(maleic acid)과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 상기 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하여 전처리 잉크를 형성하는 단계와, 상기 전처리 잉크가 형성되면 상기 개포형 발포 금속의 표면에 전처리 잉크를 도포하여 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면과 다수개의 기공의 내측의 표면에 각각 전처리층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전극 활물질층을 형성하는 단계는 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전처리층이 개방되며 다수개의 기공의 내측에 형성된 전처리층을 매개로 기공의 내측과 각각 연결되도록 다수개의 기공이 각각 채워지게 제2전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층을 형성하는 단계와, 상기 개포형 발포 금속의 상부나 하부의 표면에 각각 형성된 전처리층을 매개로 개포형 발포 금속과 다수개의 기공 매립층의 각각의 상부나 하부의 표면에 각각 제1전극 활물질을 도포하여 다수개의 기공매립층과 각각 연결된 상태에서 개포형 발포 금속과 연결되며 다수개의 기공 매립층과 개포형 발포 금속의 각각의 상부나 하부가 커버되게 커버 전극층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1전극 활물질은 카본이나 활성탄이 사용되며, 상기 제2전극 활물질은 실리콘(Si) 분말이 사용되며, 상기 전도성 수지는 아크릴(acrylic), 나이트로셀룰로스(nitrocellulose) 및 키토산(chitosan) 중 하나인 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 개포형 발포 금속을 준비하는 단계는 제1반송시트와 제2반송시트 사이에 위치되어 두께가 제1반송시트와 제2반송시트에 의해 규제되게 발포혼합물을 도포하는 단계;
상기 제1반송시트와 상기 제2반송시트를 건조기로 이송시켜 제1반송시트와 제2반송시트 사이에 위치된 발포혼합물을 건조시키는 단계;
상기 제1반송시트와 상기 제2반송시트를 히터로 이송시켜 제1반송시트와 제2반송시트 사이에 위치되고 건조된 발포혼합물을 가열시킴에 의해 발포되어 우레탄 발포시트를 형성하는 단계; 및
상기 우레탄 발포 시트를 무전해 도금조로 이송시켜 우레탄 발포 시트의 전면에 금속을 도금하여 상부의 표면과 하부의 표면이 관통하는 다수개의 기공이 형성되는 개포형 발포 금속을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 발포혼합물을 도포하는 단계에서 상기 발포혼합물은 발포용 폴리우레탄 수지와 발포제를 혼합하여 형성되고, 상기 발포용 폴리우레탄 수지는 폴리올(polyol)과 디이소시아네이트(diisocyanate) 화합물을 포함하며, 상기 폴리올은 폴리에스테르글리콜(polyesterglycol), 폴리에테르글리콜(polyetherglycol), 폴리카보네이트글리콜(polycarbonateglycol) 중 하나 이상이 사용되며, 상기 디이소시아네이트 화합물은 디이소시아네이트(diisocyanate), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate), 폴리머릭 메틸렌 디페닐디이소시아네이트(polymeric methylene diphenyl diisocyanate), 테트라 메틸렌 디이소시아네이트(tetra methylene diisocyanate), 이소 홀론 디이소시아네이트(iso holon diisocyanate), 나프탈렌 디이소시아네이트(diisocyanate) 및 트리페닐 메탄 트리이소시아네이트(triphenyl methane triisocyanate) 중 둘 이상이 사용되며, 상기 발포제는 CO2, 순수(H2O), 하이드로클로로플루오로카본(hydrochlorofluorocarbons), 퍼플루오르카본(perfluorocarbon) 및 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbon) 중에서 둘 이상이 사용되는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 발포혼합물을 도포하는 단계와 상기 발포혼합물을 건조시키는 단계와 상기 우레탄 발포시트를 형성하는 단계와 상기 개포형 발포 금속을 형성하는 단계 중 상기 발포혼합물을 도포하는 단계는 상기 발포혼합물을 제1반송시트의 상부에 도포시킨 상태에서 제1반송시트 권취롤에 권취된 제1반송시트를 제1반송시트 회수롤로 회수하며 제1반송시트의 상부에 간격을 두고 제2반송시트 권취롤에 권취된 제2반송시트를 제2반송시트 회수롤로 회수함에 의해 제1반송시트와 제2반송시트의 의해 두께가 균일하게 도포되며, 상기 제1반송시트와 상기 제2반송시트는 각각 금속 시트와 상기 금속 시트의 전면에 도포되는 열전도층이 도포되며, 상기 열전도층의 재질은 그래핀(graphene)이 사용되어 상기 제1반송시트와 상기 제2반송시트를 통해 발포혼합물로 열을 전달시키고,
상기 발포혼합물을 건조시키는 단계는 건조기의 상부와 하부 각각 배치된 한 쌍의 히팅블럭에서 발생되는 열을 제1반송시트와 제2반송시트를 통해 발포혼합물로 전달하여 발포혼합물을 건조하며,
상기 우레탄 발포시트를 형성하는 단계는 히터의 상부와 하부 각각 배치된 한 쌍의 히팅블럭에서 발생되는 열을 제1반송시트와 제2반송시트를 통해 건조된 발포혼합물로 전달하여 발포혼합물을 발포시켜 우레탄 발포시트를 형성하며,
상기 개포형 발포 금속을 형성하는 단계는 상기 금속의 재질을 구리를 사용하는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 우레탄 발포시트는 건조된 발포혼합물 200 내지 250℃에서 20 내지 60분 동안 열처리되어 두께가 10 내지 200㎛이고, 기공율이 85 내지 98％이며, 평균 기공 지름이 0.5 내지 0.1㎜가 되도록 형성되는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 아이소프로필 알코올과 피로메리트산을 혼합해 첨가제를 제조하는 단계와, 상기 순수와 말레산과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 상기 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 상기 제1전극 활물질을 혼합하여 전처리 잉크를 형성하는 단계 중 상기 아이소프로필 알코올과 피로메리트산를 혼합해 첨가제를 제조하는 단계에서 상기 첨가제는 아이소프로필 알코올 80 내지 90 wt％와 피로메리트산 10 내지 20 wt％를 상온(25℃)에서 교반기를 이용해 350 내지 500RPM(revolutions per minute)으로 5 내지 10분 동안 혼합하여 제조하고, 상기 순수와 말레산과 전도성 수지를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계에서 상기 바인더는 순수와 말레산을 혼합하여 순수와 말레산의 혼합물을 제조한 후 순수와 말레산의 혼합물에 전도성 수지를 혼합하여 전도성 수지의 혼합물을 제조하며, 상기 순수와 말레산의 혼합물은 순수 80 내지 90 wt％와 말레산 10 내지 20 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 350 내지 500RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합하며, 상기 전도성 수지의 혼합물은 상기 순수와 말레산의 혼합물 80 내지 90 wt％와 전도성 수지 10 내지 20 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 1500 내지 2000RPM으로 10 내지 30분 동안 혼합하여 제조되고, 상기 순수와 말레산의 혼합물에 혼합되는 상기 전도성 수지는 그래핀과 카본 나노 튜브 중 하나 이상이 사용되며, 상기 첨가제와 상기 바인더를 혼합하여 첨가제와 바인더의 혼합물을 제조하는 단계에서 상기 첨가제와 바인더의 혼합물은 첨가제 10 내지 15 wt％와 바인더 85 내지 90 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 350 내지 500RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합하여 제조되며, 상기 첨가제와 바인더의 혼합물에 전도성 수지와 제1전극 활물질을 혼합하는 단계에서 전도성 수지와 제1전극 활물질은 각각 상기 첨가제와 바인더의 혼합물 80 내지 90 wt％에 전도성 수지 5 내지 10 wt％와 제1전극 활물질 5 내지 10 wt％를 프리 믹서(pre mixer)를 이용해 상온에서 800 내지 1000RPM으로 5 내지 10분 동안 혼합하며, 상기 첨가제와 바인더의 혼합물에 혼합되는 상기 전도성 수지는 아크릴(acrylic), 나이트로셀룰로스(nitrocellulose) 및 키토산(chitosan) 중 하나가 사용되며, 상기 제1전극 활물질은 활성탄 80 내지 90wt％와 도전제 8 내지 15wt％와 바인더 5 내지 12wt％로 이루어지며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 하나가 사용되는 개포형 발포 금속을 이용한 전극 제조방법.
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