KR102406390B1 - 리튬 금속 음극의 제조 방법, 이에 따라 제조된 리튬 금속 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 - Google Patents

리튬 금속 음극의 제조 방법, 이에 따라 제조된 리튬 금속 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 리튬 금속 음극의 제조 방법, 이에 따라 제조된 리튬 금속 음극, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 및 전착 공정용 음극판에 관한 것이다. 일 실시예에 따르면, (a) 음극판 무지부의 일부 또는 전체에 유기물을 코팅하여 유기물 층을 형성하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 음극판에 전착 공정을 이용하여 리튬 금속층을 적층하는 단계, 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 음극판에서 상기 유기물 층을 제거하는 단계를 포함하는 리튬 금속 음극의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

리튬 금속 음극의 제조 방법, 이에 따라 제조된 리튬 금속 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{METHOD OF PREPARING LITHIUM METAL NEGATIVE ELECTRODE, LITHIUM METAL NEGATIVE ELECTRODE PREPARED BY THE METHOD, AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SMAE}
본 실시예들은 리튬 금속 음극의 제조 방법, 이에 따라 제조된 리튬 금속 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근 리튬 이차 전지의 용도가 휴대 전자 기기에서 전동공구, 자동차 등의 산업으로 확장됨에 따라 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차 전지에 대한 수요가 늘고 있다.
이러한 리튬 이차 전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위하여, 음극으로 리튬 금속 음극을 사용하는 것이 제안되고 있다.
리튬 금속 음극을 제조하기 위하여, 집전체인 구리 호일과 리튬 호일을 압연(rolling, laminating)하거나 구리 호일 위에 리튬 박막을 증착(physical vapor deposition) 하는 방법을 사용하는 것이 일반적이다.
그러나, 압연의 경우 20㎛ 이하의 두께를 갖는 리튬 금속 음극을 구현하기가 어렵고, 리튬 박막을 증착하는 방법은 경제성이 낮은 단점이 있다.
이에 적절한 두께의 리튬 금속 음극을 제조하기 위하여 전기화학적 방법, 즉, 전착(도금)법을 이용하여 리튬 금속 음극을 제조하는 방안이 제안되었다.
그러나, 전착 방법으로 제조된 리튬 금속 음극을 통상의 리튬 이차 전지 제조 공정에 적용하기 위해서는 전극 무지부의 용접성을 개선할 필요가 있다.
즉, 통상의 리튬 이차 전지 제조 공정에서는 음극 전극 제조시 음극 활물질이 도포되지 않는 무지부를 두고 전극 타발 또는 슬릿팅을 통해 무지부 중 일부를 전극 탭으로 재단하여 이후 음극 리드와 함께 용접하여 전지의 단자로 만드는 방법이 사용되고 있다.
그런데, 전착법으로 리튬 금속 음극을 제조하는 경우, 전해액의 전기화학적 반응으로 인해 리튬 금속이 적층되지 않는 무지부에도 부반응물 피막이 형성되며, 이로 인해 음극 전극 제조시 무지부와 음극 리드 간의 용접성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 통상의 리튬 이차 전지 공정에 쉽게 적용할 수 있는 리튬 금속 음극에 대한 기술 개발이 시급하다.
본 실시예에서는 전착 공정 중 음극 무지부에 부반응물 피막이 형성되는 것을 방지하여 음극 무지부와 음극 리드의 용접성을 향상시키는 방법과 이에 사용되는 음극판을 제공하고자 한다. 또한 이를 이용하여, 고에너지 밀도를 구현하면서 제조가 용이하고 성능 신뢰성과 안정성이 확보된 리튬 금속 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 리튬 금속 음극의 제조방법은, (a) 음극판 무지부의 일부 또는 전체에 유기물을 코팅하여 유기물 층을 형성하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 음극판에 전착 공정을 이용하여 리튬 금속층을 적층하는 단계, 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 음극판에서 상기 유기물 층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 전극 조립체는, 일 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 리튬 금속 음극을 포함하는 음극, 양극, 그리고 상기 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 일 실시예에 따른 전극 조립체를 둘 이상 포함하고 상기 각 전극 조립체의 음극 무지부는 음극 리드와 용접된 것일 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 전착 공정을 통해 고에너지 밀도를 구현하는 리튬 금속 음극을 제조할 수 있으며, 동시에 전착 공정 중 전극 용접성이 떨어지는 기존의 문제를 해결함으로써 통상의 전지 제조 공정을 적용하더라도 전지 성능의 신뢰성 및 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 (a) 단계에서 제조된 음극판의 일부분을 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하여 평가예 1에 따라 용접한 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하고, 적층된 무지부들과 음극 리드를 평가예 1에 따라 용접한 상태를 나타내는 사진이다.
도 4는 비교예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하고, 적층된 무지부들과 음극 리드를 평가예 1에 따라 용접한 상태를 보여주는 사진이다.
도 5는 초음파 용접 압력을 증가시켜, 비교예 1에서 제조한 음극판 무지부 샘플 30장과 음극 리드를 평가예 1에 따라 용접한 경우의 사진이다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함한 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 또한 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미한다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 금속 음극의 제조 방법은 (a) 음극판 무지부의 일부 또는 전체에 유기물을 코팅하여 유기물 층을 형성하는 단계, (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 음극판에 전착 공정을 이용하여 리튬 금속층을 적층하는 단계, 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 음극판에서 상기 유기물 층을 제거하는 단계를 포함하는 단계를 포함한다.
상기 방법에 따르면, 전착 공정을 수행하는 (b) 단계에서 음극판의 무지부에 부반응물 피막이 형성되는 것이 효과적으로 방지되고, (c) 단계 이후 무지부와 음극 리드 간의 용접성이 매우 향상된다. 이에 따라 전극 및 전지의 제조가 용이해지고, 고에너지 밀도를 구현하면서 동시에 성능 신뢰성 및 안전성이 확보된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 상기 (a) 단계 및 (b) 단계 후의 제조된 음극판의 일부분을 개략적으로 나타낸 그림이다. 도 1을 참고하면, 유지부(11)는 극판(10)에서 리튬 금속층(20)이 위치하는 부분을 말하고, 무지부(12)는 극판에서 리튬 금속층(20)이 위치하지 않는 부분을 말한다. 상기 무지부는 상기 극판의 일측 단부이거나 양측 단부일 수 있다. 예를 들어 상기 무지부는 상기 극판의 일측 또는 양측 끝단에서 수 mm 또는 수십 mm에 해당하는 부분일 수 있다. 보통 무지부의 일부분이 탭부가 되며, 탭부와 전극 리드가 용접되는 부분을 용접부라고 부른다. 상기 유기물 층(30)은 무지부의 전체에 형성될 수도 있고, 무지부의 일부에만 형성될 수도 있다. 예를 들어 상기 유기물 층은 무지부에서 탭부에 해당하는 부분에만 형성될 수도 있고, 용접부에 해당하는 부분에만 형성될 수도 있다.
참고로, 본 발명에서는, 도 1의 부호 10번을 극판이라고 표현했으나 극판의 모재라고 지칭할 수도 있다. 또한 도 1의 부호 10번과 20번 및/또는 30번을 포함한 형태를 극판이라고 지칭하기도 한다. 즉, 구리 박판 등의 극판의 모재에 리튬 금속층 및/또는 유기물 층이 형성되어 있는 상태도 극판이라 부를 수 있다.
또한 한편으로, 일 실시예에 따른 리튬 금속 음극의 제조 방법은 상기 (a) 단계 이전에, 음극판에서 리틈 금속층을 형성할 유지부와 리튬 금속층을 형성시키지 않을 무지부를 정하는 (a') 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 리튬 이차 전지용 음극의 제조 방법에서, 상기 유기물은 전착 공정 중 전해액 내 용해되지 않으면서, 음극의 무지부와 전해액의 접촉을 차단할 수 있는 물질이다. 예를 들어 상기 유기물은 전해액의 주요 성분인 카보네이트계 유기 용매 또는 에테르계 유기 용매에 대한 내화학성을 가지는 물질이다.
구체적으로, 상기 유기물은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리디메틸실록산, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌 테레프탈아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리스티렌부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리시아노아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 이들의 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기물 층의 두께는 0.1 um 내지 1 mm일 수 있다. 상기 유기물 층의 두께가 너무 얇으면 상기 (c) 단계에서 유기물 층의 제거가 어렵고 일부 잔류되는 유기물 층으로 인해 전극의 용접성이 저하될 수 있다. 상기 유기물 층의 두께가 두꺼울수록 유기물 층의 제거는 용이하나, 1 mm 이상으로 두꺼운 경우에는 상기 (c) 단계 이전에 유기물 층의 일부 박리가 일어나 상기 (b) 단계의 전착 공정 중 전해액이 전극 무지부에 접촉되고, 전류 인가시 부반응물 피막이 생성되어 결국 전극의 용접성이 저하될 수 있다. 상기 유기물 층의 두께는 예를 들어 0.5 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 또는 100 ㎛ 이상일 수 있고, 또한 800 ㎛ 이하, 600 ㎛ 이하, 500 ㎛ 이하, 400 ㎛ 이하, 또는 300 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 두께 범위를 만족할 경우 상기 유기물 층은 상기 (b) 단계의 전착 공정에서는 박리되지 않으면서 상기 (c) 단계에서는 제거되기에 용이하다.
상기 음극판의 무지부에 상기 유기물 층을 형성하는 방법으로는 일반적인 유기 소재 코팅법을 모두 적용할 수 있으며, 예를 들어 스크린프린팅, 테이프케스팅, 스프레잉 등의 방법을 사용할 수 있다.
상기 음극판의 모재는 일반적인 집전체 소재라면 상관없이 적용될 수 있고, 예를 들어 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체, 구리 발포체, 또는 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 등일 수 있다.
상기 (b) 단계의 전착 공정은 리튬 금속층을 형성하기 위한 것이다.
일 실시예에서 상기 전착 공정은, 음극판을 리튬 염이 용해된 전해액 내에 침지시키고 전류를 인가하는 방법으로 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 전착 공정은, 집전체와 리튬 공급원을 전기적으로 절연시킨 다음 침지시키고, 집전체와 리튬 공급원 사이에 전류를 인가하는 방법으로 수행될 수 있다.
이때, 리튬 공급원으로는, 예를 들면, 리튬 금속, 리튬 합금, 상기 리튬 금속 또는 리튬 합금을 집전체에 압착한 포일 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 리튬 금속층의 두께는 예를 들면, 0.1㎛ 내지 20㎛ 범위가 되도록 전착 공정을 수행할 수 있다.
상기 전해액은 카보네이트계 용매, 에테르계 용매, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 전해액은 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸 피오네이트, 에틸 프로피오네이트 등의 용매일 수 있다.
상기 리튬염은 예를 들어 LiCl, LiBr, LiI, LiCO3, LiNO3, LiFSI, LiTFSI, LiBF4, LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiN(SO2CF3)2, LiBOB 등일 수 있다.
상기 전류를 인가하는 방법은 예를 들어 전극 면적 기준으로 평균 전류 밀도가 0.1 mA/㎠ 내지 100 mA/㎠ 범위가 되도록 인가하는 것일 수 있다.
상기 (c) 단계에서 유기물 층을 제거하는 것은 어느 방법이든 상관없이 적용 가능하다. 상기 유기물 층은 수작업으로도 쉽게 제거될 수 있다. 예를 들어 상기 유기물 층 위에 일반적인 접착 테이프를 붙인 후 접착 테이프와 함께 유기물 층을 떼어내는 방법으로, 상기 유기물 층을 용이하게 제거할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 (c) 단계에서 유기물 층을 제거한 음극판은 무지부에 전착 공정에 의한 부반응물 피막이 없을 뿐만 아니라 유기물 층 등의 다른 코팅층이나 입자가 존재하기 않기 때문에, 전지 내 이물질이 삽입되어 성능과 안전성이 떨어지는 문제가 발생하지 않으며, 무지부에 음극 리드를 용접할 때 잔존 입자들로 인해 전극이 파손되는 경우를 방지할 수 있고, 전극 무게 증가에 따른 전지의 에너지 밀도 저하 등의 문제를 막을 수 있다.
상기 (c) 단계에서 최종적으로 제조된 음극판에서, 유지부에는 리튬 금속층이 형성되어 있고, 무지부에는 리튬 금속층이나 유기물 층 등의 어떠한 코팅층이나 입자도 형성되어 있지 않다. 즉, 상기 (c) 단계에서 제조된 음극판은 리튬 금속층을 포함하는 유지부를 포함하고, 리튬 금속층이 형성되어 있지 않으며 유기물 층이 형성되어 있지 않은 (또는 유기물 층이 제거된) 무지부를 포함한다고 할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는 전술한 리튬 금속 음극의 제조 방법에 따라 제조된 리튬 금속 음극을 제공한다. 이러한 리튬 금속 음극은 리튬 금속층이 형성된 유지부 및 리튬 금속층의 형성되어 있지 않고 유기물 층이 형성되어 있지 않은 무지부를 포함하는 음극판을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 방법으로 제조된 리튬 금속 음극을 포함하는 음극을 포함하고, 양극, 그리고 상기 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체를 제공한다.
이러한 전극 조립체는 와인딩되거나 접혀서 전지 용기에 수용되고, 상기 전지 용기에 전해질이 주입되고 밀봉되어 리튬 이차 전지가 완성될 수 있다. 이때, 전지 용기는 원통형, 각형, 파우치형, 코인형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 양극은 양극 활물질 층 및 양극 집전체을 포함할 수 있다.
양극 활물질 층은 예를 들면, Ni, Co, Mn, Al, Cr, Fe, Mg, Sr, V, La, Ce 중 적어도 하나의 금속과 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 비금속 원소를 포함하는 Li 화합물을 포함할 수 있다. 양극 활물질 층은 대략 0.01 ㎛ 내지 200 ㎛의 크기를 갖는 활물질 입자들을 포함할 수 있으며, 전지의 요구 특성에 따라 적절히 선택될 수 있다.
경우에 따라, 상기 양극 활물질층에는 도전재가 첨가될 수 있다. 상기 도전재는 예를 들면, 카본 블랙 및 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
양극 집전체는 상기 양극 활물질 층을 지지하는 역할을 한다. 양극 집전체로는 예를 들면, 알루미늄 박판 (Foil), 니켈 박판 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막은 양극과 음극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용 가능하다. 즉, 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 사용될 수 있다.　분리막은 예를 들면, 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이들의 조합물 중에서 선택된 것일 수 있으며, 부직포 또는 직포 형태일 수 있다. 한편, 상기 전해질로 고체 전해질이 사용되는 경우, 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 전극 조립체를 적어도 둘 이상 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
즉, 상기 전극 조립체를 두 개 이상 적층하고, 적층된 전극 조립체에서 각 음극의 무지부와 음극 리드를 용접함으로써 전극 단자와 전기적으로 연결되도록 한다.
이때, 음극 리드는 하나일 수도 있고, 음극의 무지부와 동일한 개수일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예와 같이 제조된 음극은 무지부에 전착 공정에 의한 부반응물 피막이 없을 뿐만 아니라 유기물 층 등의 다른 코팅층 또는 입자가 없기 때문에, 상기 음극 리드를 매우 용이하게 용접할 수 있고, 용접 후에 전극과 리드가 떨어지는 불량 사례가 없으며, 용접부가 찢어지는 문제도 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라 고용량이면서 성능 신뢰도와 안전성이 확보된 음극과 이를 포함하는 전극 조립체 및 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다. 상기 무지부와 음극 리드를 용접하는 것은 어느 방법이든 가능하며, 일 예로 초음파 용접을 사용할 수 있다.
상기 리튬 이차 전지에 충진되는 전해질로는 비수계 전해액 또는 고체 전해질 등을 사용할 수 있다.
상기 비수계 전해액은 예를 들면, 리튬 헥사플루오로 포스페이트, 리튬 퍼클로레이트 등의 리튬염과 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 등의 용매를 포함할 수 있다. 또한 상기 고체 전해질은 예를 들면, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
[실시예 1]
(a) 단계: 전극 모재로 폭은 140 mm이고 두께가 10 ㎛인 롤 형상의 구리 박판 (Cu foil)을 사용하였으며, 구리 박판의 폭방향 양쪽 끝단 20 mm 부분을 무지부로 정하였다. 상기 구리 박판의 무지부에는 두께가 100 um 내지 300 um가 되도록 유기물 층을 스프레이 방법으로 코팅하였다. 여기서 유기물은 비닐 클로라이드/비닐 아세테이트 공중합체를 사용하였고, 아세톤, 톨루엔 등의 용재와 혼합하여 사용하였다. 스프레이 코팅 후 일정시간 건조를 통해 용재를 휘발시키는 방법으로 고상의 유기물 층을 얻었다.
(b) 단계: 상기 (a)단계에서 제조된 음극판을 리튬염이 용해된 전해액에 침지시킨 다음 전류를 인가하는 방법으로 상기 음극판에 리튬 금속층을 형성하였다. 전착 공정에 사용된 전해액은 에틸메틸 카보네이트(Ethyl methyl carbonate) 용매에 LiFSi를 40 중량% 용해하여 제조하였다. 리튬 공급원으로는 순도 99.9%인 500 ㎛ 두께의 리튬 금속 판을 가로 20 cm, 세로 20 cm의 크기의 구리 집전판 (Cu plate)에 압착하여 사용하였다. 이후 전원공급장치를 이용하여 리튬 금속 전극과 상기 (a) 단계의 음극판을 각각 (+)와 (-) 전극으로 하여 2 mA/㎠의 전류를 2.5시간동안 흘려줌으로써, 5.0 mAh/㎠ 용량에 해당하는 약 24㎛ 두께의 리튬 금속층을 형성하였다.
(c) 단계: 상기 (b)단계에서 제조된 음극판에서 무지부에 코팅된 유기물 층을 접착 테이프를 이용하여 제거하였다. 이후 음극판을 세척 건조하고, 무지부만 절단하여 샘플을 채취하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1의 (a) 단계에서 음극 무지부에 상기 유기물 층을 코팅하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하고 무지부에서 샘플을 채취하였다.
[평가예 1: 용접성 평가]
상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조한 음극판의 무지부 용접성 평가를 위하여 현재 리튬 이차 전지 제작에 적용되고 있는 초음파 용접기(에코소닉, 모델명: ECM35-50)와 용접 조건(Amplitue: 70%, Welding time: 0.3s, Hold time: 0.2s, 압력: 0.18MPa)을 사용하였다.
음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하고 음극 리드와 함께 용접하는 방법으로 용접성을 평가하였다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하여 용접한 상태의 사진이다. 도 3은 실시예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하고 음극 리드와 함께 용접한 상태의 앞면과 뒷면을 보여주는 사진이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 실시예 1의 경우 통상의 초음파 용접 장비 및 용접 조건을 사용하여도 음극판들간의 용접, 그리고 음극판들과 음극 리드간의 초음파 용접이 매우 우수하게 이루어졌고 용접부 불량은 발견되지 않았다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극의 제조 공정 중 상기 (b) 단계의 전착 공정 단계에서 본 발명의 유기물 층이 음극 무지부 표면에서 전해액의 전기화학적 부반응이 발생하는 것을 효과적으로 방지하였기 때문이다. 이에 따라 전극과 전극 리드의 용접성을 향상시키고 전지의 제조를 용이하게 할 수 있으며, 고용량 고에너지밀도의 전지를 구현하면서 전지 성능 신뢰도와 안전성을 확보할 수 있다.
도 4는 비교예 1에서 제조한 음극판의 무지부 샘플을 30장 적층하고 음극 리드와 함께 용접한 상태의 사진이다. 도 4를 참고하면, 비교예 1의 경우 음극의 무지부에 전착 공정 중에 생긴 부반응물 피막이 형성되었고, 이로 인해 음극판과 음극판, 그리고 음극판들과 음극 리드 간의 융착이 제대로 일어나지 않아 용접부가 대부분 분리되었다.
도 5는 비교예 1에서 제조한 샘플의 용접 접합력 향상을 위해 초음파 용접 조건 중 압력 조건을 0.25MPa로 증가시켜, 음극판 무지부 샘플 30장과 음극 리드를 용접한 경우의 사진이다. 도 5를 참고하면, 비교예 1에서 용접 접합력 향상을 위해 초음파 용접 압력을 증가시킨 경우, 음극판들과 음극 리드 간의 접합부가 찢어지는 문제가 발생하였음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 극판
11: 유지부
12: 무지부
20: 리튬 금속층
30: 유기물 층

Claims (7)

  1. (a) 음극판 무지부의 일부 또는 전체에 유기물을 코팅하여 유기물 층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 음극판에 전착 공정을 이용하여 리튬 금속층을 적층하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 음극판에서 상기 유기물 층을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 유기물은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리디메틸실록산, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리페닐렌 테레프탈아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리스티렌부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리시아노아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 이들의 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 리튬 금속 음극의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기물 층의 두께는 0.1 um 내지 1 mm인 리튬 금속 음극의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속층을 적층하는 단계는, 상기 음극판을 리튬염이 용해된 전해액에 침지시키고 전류를 인가하여 수행되는 것인 리튬 금속 음극의 제조 방법.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 리튬 금속 음극.
  6. 제5항의 리튬 금속 음극을 포함하는 음극;
    양극; 그리고
    상기 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체.
  7. 제6항의 전극 조립체를 둘 이상 포함하고,
    상기 각 전극 조립체의 음극 무지부는 음극 리드와 용접된 것인 리튬 이차 전지.
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