KR20140020915A - 전극 제조를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 기판을 포함하는, 전기화학 전지의 전극, 특히 음극을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 UV-조사에 의해 금속 기판을 처리하는 단계 및 유기산을 사용하여 상기 금속 기판을 처리하는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 우선권 출원 DE 10 2011 011 154.9의 전체 내용을 참조로 포함한다.
본 발명은 전기화학 전지를 위한 전극, 특히 음극의 제조 방법에 관한 것이다. 전기화학 전지는 바람직하게 전기모터, 바람직하게는 하이브리드 드라이브로 차량 구동을 위해 및/또는 "플러그 인" 작동 시 사용될 수 있다.
전기화학 전지, 특히 리튬-2차 배터리는 높은 에너지 밀도와 높은 용량으로 인해 에너지 저장 장치로서 예컨대 휴대폰과 같은 휴대용 정보 기기, 공구 또는 전기 작동 작동차 및 하이브리드 드라이브를 구비한 자동차에서 이용된다. 전기화학 전지의 이러한 다양한 이용 분야에서, 특히 자동차의 구동을 위해 사용되는 전지에서 이러한 전기화학 전지는 고도의 요구 조건들, 즉 가능한 한 가벼운 중량과 동시에 가능한 한 높은 전기 용량 및 다수의 충전 및 방전 주기에 걸쳐 안정적인 에너지 밀도를 충족해야 한다.
특히 전기화학 전지의 내구성은 대개 전극의 노후화, 특히 음극의 노후화에 의존한다. 노후와 과정에서 전기화학 전지의 용량과 출력이 약화된다. 이러한 과정은 대부분의 통상적인 전기화학 전지에서 다소 광범위하게 나타나고, 이용 상황(온도, 보관 조건, 충전 상태 등)은 물론, 전기화학 전지의 제조 공정 동안 물질의 품질과 처리에 매우 의존적이다. 따라서 매우 순수한 물질의 고품질 가공은 더 긴 시간 범위를 지나서도 노후화가 적고, 즉 용량과 출력이 거의 약해지지 않는 내구성이 뛰어난 전기화학 전지를 제공한다.
사용된 물질의 순도는, 예컨대 합성 과정으로 인해 대개 물리적 또는 화학적으로 제한되기 때문에, 배터리 제조사의 우선 목표는 예컨대 간행물 EP 2 006 942호에 기술된 바와 같이, 전극의 제조 방법을 최적화함으로써 더욱 고품질의 내구성 있는 전기화학 전지를 제공하는 것이다.
특히 금속 기판의 표면에 대한 전기화학 활성 물질의 접착은 전기화학 전지의 품질에 결정적으로 기여한다. 선행기술에는 코로나 처리, 즉 크롬 황산을 이용한 금속 기판의 표면 에칭에 의해 금속 기판의 표면에 대한 전기화학 활성 물질의 접착이 결정적으로 개선되는 것이 공지되어 있다. 이러한 방법의 경우, 인간 및 환경에 대해 맹독성이고, 또한 전기화학 전지에서 후속 처리 시 허용되지 않는 불순물인 크롬 황산의 이용이라는 큰 단점이 있다.
본 발명의 과제는 선행기술을 고려하여 내구성이 있는 전기화학 전지의 전극, 특히 음극을 제조하기 위한 최적화된 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항의 교리에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 개선예는 종속 청구항의 대상이다.
상기 과제의 해결을 위해 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 전기화학 전지를 위한 전극, 특히 음극을 제조하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은 금속 기판의 UV-조사 및 유기산을 이용한 처리를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 장점은, 금속 기판의 환경 보호적이고 신뢰성 있는 세척이 달성되고, 금속 기판의 표면에 대한 전기화학 활성 물질의 접착이 개선되고, 전기화학 전지의 내구성이 개선되는 것이다.
"전기화학 전지"란 에너지의 전기적 저장을 위한 모든 장치일 수 있다. 이 용어는 특히 1차 또는 2차 타입의 전기화학 전지 및 예컨대 커패시터와 같은 다른 형태의 에너지 저장 장치를 규정한다. 바람직하게 전기화학 전지란 본 발명과 관련해서 리튬 이온 전지이다.
"음극"이란, 컨슈머, 예컨대 전기 모터에 접속 시 전자를 방출하는 전극이다. 따라서 음극은 통상적으로 애노드이다. 따라서 "양극"이란 컨슈머, 예컨대 전기 모터에 접속시 전자를 흡수하는 전극이다. 따라서 양극은 통상적으로 캐소드이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 전극, 즉 양극 및/또는 음극은 적어도 하나의 금속 기판 및 적어도 하나의 전기화학 활성 조성물을 포함한다.
"전기화학 활성 물질"이란 이온, 특히 양이온, 바람직하게는 리튬 이온의 저장과 인출에 적합한 물질이다.
실시예에서 전기화학 활성 물질은 캐소드 활성 물질이다.
바람직한 실시예에서 전기화학 물질은 애노드 활성 물질이다. 애노드 활성 물질은 바람직하게 탄소를 함유한다.
실시예에서 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 전극은 금속 기판 및 전기화학 활성 물질 외에 적어도 하나의 다른 첨가제, 바람직하게는 예를 들어 탄소, 예컨대 카본블랙에 기초한, 전도성을 높이기 위한 첨가제 및/또는 전기화학 전지의 과충전 시 전기화학 활성 물질의 분해를 감소시키는, 바람직하게 최소화하는, 바람직하게 저지하는 산화환원 활성 첨가제를 포함한다.
"금속 기판"이란 바람직하게 "전극 캐리어" 및 "콜렉터"로 공지된, 전기화학 전지의 부품이다. 금속 기판은 이 경우 활성 물질의 도포에 적합하고, 실질적으로 금속성, 바람직하게는 완전히 금속성이다.
바람직하게 금속 기판은 적어도 부분적으로 바람직하게 구리 또는 구리 함유 합금을 포함하는 박막 또는 망상 구조 또는 웨브로서 형성된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게 전기화학 활성 물질의 도포와 시간 간격을 두고 유기산으로 금속 기판, 특히 금속 기판의 표면이 처리되는, 특히 적어도 부분적으로 세척되는, 바람직하게는 완전히 세척되는 단계를 포함한다.
"시간 간격을 두고"란 유기산으로 금속 기판, 특히 금속 기판 표면의 처리, 특히 적어도 부분적인 세척 전 또는 후와 처리된 금속 기판에 전기화학 활성 물질의 도포의 시작 사이에 시간차 dt > 0차가 주어지는 것이다. 유기산으로 금속 기판의 처리, 특히 적어도 부분적인 세척은 처리된 금속 기판에 전기화학 활성 물질을 도포하기 전에 이루어진다. 유기산으로 금속 기판의 처리, 특히 적어도 부분적인 세척과 처리된, 특히 적어도 부분적으로 세척된 콜렉터에 전기화학 활성 물질의 도포 사이의 시간차 dt는 바람직하게 dt = 3시간, 바람직하게는 2시간, 바람직하게는 1시간이다.
바람직한 실시예에서 유기산으로 금속 기판, 특히 금속 기판 표면의 처리, 특히 적어도 부분적인 세척과 처리된, 특히 적어도 부분적으로 세척된 금속 기판에 전기화학 활성 물질의 도포 사이의 시간 차는 30분 내지 40분, 바람직하게는 35분(+/-2분)이다.
유기산으로 금속 기판, 특히 금속 기판 표면의 처리, 특히 적어도 부분적인 세척과 처리된, 특히 적어도 부분적으로 세척된 금속 기판에 전기화학 활성 물질의 도포 사이의 이러한 시간 간격은, 금속 기판, 특히 금속 기판 표면의 불순물의 바람직하게 50%, 특히 바람직하게는 100%가 제거되는 특히 효과적인 세척이 가능한 장점을 제공한다.
유기산으로 금속 기판의 세척과 전기화학 활성 물질의 도포 사이에 금속 기판의 표면의 추가 처리를 위한 다른 방법 단계, 예컨대 건조 단계가 이루어질 수 있다.
"유기산"이란 화학 산기 O=X-OH, 즉 중앙 원자 X와 OH기의 산소 원자 O사이의 단일 결합에 의한 OH-기 및 중앙 원자 X에 이중 결합에 의한 다른 산소 원자를 포함하는 중앙 원자(X)를 포함하는 화학 화합물이다. 중앙 원자 X는 이중 결합의 형성에 의한 산소 원자와 동시에 단일 결합의 형성에 의한 OH기의 산소 원자 O의 결합에 관여할 수 있는 화학 원소 주기계(PSE)의 비금속 또는 반금속의 그룹에서 선택될 수 있다. 바람직하게 중앙 원자 X는 탄소, 황, 인, 규소 그룹으로부터 선택되고, 이 경우 탄소가 특히 바람직하다.
또한, 중앙 원자 X는 추가로 다른 원자, 바람직하게는 탄소 원자에 결합하고, 상기 원자는 탄소 원자 및 수소 원자 외에도 추가로 다른 헤테로 원자, 바람직하게는 질소, 산소, 황 또는 인을 포함할 수 있는 알킬- 또는 아릴 치환체에서 선택된 유기 치환체의 구성 요소이다. 용어 "유기산"을 단수로 사용하는 것은 이것이 다양한 유기산으로 이루어진 혼합물일 수도 있음을 포함한다.
유기산이 "고체"산으로서, 즉 표준 조건(25℃, 1,031 bar)에서 고체로 존재하는 산으로서 형성되는 경우에, 이러한 산은 사용 전에 적절한 용매에 용해하는 것이 바람직하다. 바람직하게 유기산 및/또는 용매는 20% 보다 적은, 바람직하게 10% 보다 적은, 바람직하게 5% 보다 적은, 바람직하게는 2% 보다 적은, 그리고 특히 바람직하게 1% 또는 그보다 적은 수분 함량을 포함한다. 바람직하게 유기산은, UV-조사 시 또는 온도 증가 시 분해되도록 선택된다. 바람직하게 UV-조사 시 발생하는 분해 생성물은 적어도 부분적으로 기체이다. 바람직한 분해 생성물은 예컨대 CO2 또는 물이다.
실시예에서 유기산은 초산, 숙신산, 푸마르산, 시트르산, 말레산, 옥살산, 젖산, 피루브산, 포름산, 옥살숙신산, 옥살초산, 옥살산 또는 이들의 혼합물에서 선택된다.
바람직한 실시예에서 유기산은 - 경우에 따라서 다른 성분들 외에 - 옥살산(ethanedioic acide라고도 함)을 포함한다.
유기산, 특히 옥살산의 사용은, 유기산이 예컨대 가열 또는 UV-조사에 의해 분해될 수 있는 장점을 제공한다. 이렇게 수득된 유기산의 분해 생성물은 실질적으로 CO2 및 물이고, 간단하게 폐기 또는 제거될 수 있다. 또한, 유기산의 취급 방법도 예컨대 코로나 에칭에서 사용되는 것과 같은 크롬 황산의 취급보다 실질적으로 더 간단하고 덜 위험하다. 이는 특히 전기화학 전지의 제조 시 주어지는 "클린룸 조건"과 관련해서 적용된다.
특히 바람직한 실시예에서 유기산은 "무수" 옥살산으로서 형성되고, 상기 무수 옥살산은 CAS-Nr. 144-62-7로 시중에서 판매된다. 이때 "무수"란, 옥살산의 수분 함량이 1% 또는 그보다 적은 것을 의미한다.
또한, 특히 바람직한 실시예에서 유기산은 "무수" 옥살산으로서 형성되고, 적어도 부분적으로 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 용해되고, 상기 NMP는 바람직하게 100 ppm(= parts per million)보다 적은, 바람직하게 60 ppm보다 적은, 바람직하게 30 ppm보다 적은, 바람직하게는 10 ppm보다 적은 수분 함량을 포함하고, 소위 "품질 배터리"에서 실질적으로 아민 함유 불순물을 포함하지 않는다.
무수 유기산, 특히 무수 옥살산의 사용은, 특히 금속 기판이 구리 박막으로서 형성되는 경우에 금속 기판, 특히 기판 표면의 불순물이 특히 효과적으로 및 간단하게 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 제거될 수 있는 장점을 제공한다. 금속 기판 표면의 불순물은 금속 기판의 보관, 운반, 포장에 의해 또는 제조 중에 발생할 수 있다. 불순물은 예를 들어 금속 기판의 표면에 대한 전기화학 활성 물질의 접착에 부정적으로 작용할 수 있으므로, 전기화학 전지는 더 빨리 "노후화되고" 또는 금속 기판의 기능, 즉 전기화학 활성 물질로부터 전극의 흡수 또는 방출이 저하되고, 이는 예컨대 전기화학 전지의 내부 저항 증가 및 이와 관련된 용량 또는 출력 손실의 형태로 나타날 수 있다.
실시예에서 금속 기판은 구리 또는 구리 함유 박막, 특히 구리 박막이거나 또는 이것을 포함한다. 구리 박막 콜렉터의 표면은 제조 동안, 예컨대 롤링 공정 또는 커팅 공정 시 종종 유지성 및/또는 유성 성분에 의해, 특히 우지 또는 먼지 입자에 의해 오염될 수 있다. 또한, 구리 함유 박막, 특히 구리 박막의 표면은 주변 공기와 장시간 접촉 시 이러한 공기에 의해 적어도 부분적으로, 특히 산화에 의해 실시예에서 구리(I)산화물 Cu2O을 포함하는 패시베이션 층을 형성하면서 패시베이트되고, 이는 마찬가지로 불순물로 간주될 수 있다. 따라서 유기 치환체를 포함하는 유기산의 사용이 바람직한데, 그 이유는 유기 유지성 및/또는 유성 성분은 화학 원리 "similia similibus solvuntur"(동종은 동종에서 용해)에 따라 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 유기산에 용해되고, 이로써 금속 기판의 표면으로부터 제거될 수 있기 때문이다. 유기산 사용의 다른 장점은, 실시예에서 구리(I)산화물 Cu2O를 포함하는 패시베이션층이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 제거될 수 있다는 것이다. 바람직하게 이렇게 처리된, 특히 적어도 부분적으로 세척된 금속 기판의 표면은 유기산과 더 반응하지 않는다.
특히 바람직한 실시예에서 금속 기판은 구리 함유 박막으로, 특히 구리 박막으로서 형성되고, 상기 박막의 표면은 유성 및/또는 유지성 성분, 특히 우지 및/또는 적어도 부분적으로 구리(I)산화물 Cu2O를 포함하는 패시베이션층에 의해 적어도 부분적으로 오염되고, 유기산에 의해, 바람직하게는 무수 옥살산에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 처리되고, 특히 적어도 부분적으로 바람직하게는 완전히 상기 오염이 제거, 즉 세척된다.
"세척" 및 "세척된"이란 금속 기판의 표면으로부터 불순물이 바람직하게 50%, 바람직하게 70%, 바람직하게는 100% 제거된 것이고, 각각 바람직하게는 금속 기판의 표면으로부터 불순물이 적어도 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95% 제거된 것이다.
"처리" 및 "처리하다"란 금속 표면의 바람직하게 50%, 바람직하게 70%, 바람직하게는 100%가 유기산과 접촉하는 것이고, 특히 웨팅(wetting)된 것이고, 각각 바람직하게는 금속 기판 표면의 적어도 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95%가 유기산과 접촉하고, 특히 웨팅된 것이다.
유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅은 실시예에서 금속 기판의 표면에 유기산을 분무함으로써 이루어진다.
다른 실시예에서 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅은 금속 기판의 표면에 유기산을 부음으로써 이루어진다.
다른 실시예에서 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅은 금속 기판을 유기산에 담금으로써 이루어진다.
다른 실시예에서 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅은 유기산으로 웨팅된 표면을 갖는 장치, 예컨대 롤러에 의해 이루어지고, 이로써 유기산은 금속 기판의 표면이 장치 표면과 접촉할 때 상기 장치 표면으로부터 금속 기판의 표면에 적어도 부분적으로 전달된다.
다른 실시예에서 유기산으로 금속 기판의 표면 처리는 유기산을 포함하거나 또는 유기산으로 이루어진 증기로 금속 기판을 증착함으로써 이루어진다. 이는, 특히 실질적으로 웨팅 효과 없이 표면의 특히 균일한 처리를 가능하게 한다. 처리는 바람직하게 적어도 85℃, 100℃, 150℃의 온도에서 이루어진다. 처리는 스팀젯을 이용할 수 있으므로, 증기가 일정한 압력으로 처리될 기판에 부딪히고, 이는 기계적인 세척 효과를 일으킨다. 압력은 각각 바람직하게 적어도 1 Bar, 2 Bar, 5 Bar, 10 Bar, 25 Bar, 50 Bar, 100 Bar, 200 Bar 또는 500 Bar이다. 금속 기판에 대한 압력 또는 주위 압력은 1 Bar보다 작을 수도 있다. 스팀젯의 횡단면은 면적 AD을 가질 수 있고, 상기 면적은 적어도 처리될 표면의 면적 AO에 상응한다. 그러나 상기 횡단면 AD는 면적 AO의 일부 f에 상응할(AD = f * AO) 수도 있고, 상응하는 것이 바람직하고, 바람직하게 f는 적어도 또는 최대 f = 0.5; 0.25; 0.1; 0.05이다. 스팀젯의 횡단면은 각각 바람직하게 그리고 실질적으로 사각형, 스트립형 또는 라인 형태의 윤곽을 갖는다.
금속 기판의 처리, 특히 상기 기판의 세척은 또한 바람직하게 플라즈마, 특히 플라즈마 스트림을 사용해서, 특히 금속 기판 주변의 0.05 Bar 내지 1 Bar의 주위 압력에서 이루어진다. 플라즈마는 부분적으로 또는 전체적으로 이온 또는 전자와 같은 자유 전하 캐리어로 이루어지고 예를 들어 교류 전계에서, 예컨대 시중에서 구매할 수 있는 플라즈마 장치에서 가스의 전기 처리에 의해 발생하는 가스이다. 플라즈마는 산소 또는 유기산을 이용해서 형성될 수 있다. 이 경우 온도는 임의로 선택될 수 있고, 특히 실질적으로 실온일 수 있다. 더 융통성 있고 안전한 세척이 이루어진다.
특히 균일한 결과를 얻기 위해, 바람직하게 일정한 속도로, 바람직하게는 예를 들어 처리될 표면이 유기산(또는 스팀젯)에 대해 이동되거나 또는 유기산(또는 스팀젯)이 처리될 기판에 대해 이동됨으로써, 특히 유기산을 포함하는 스팀젯과 처리될 기판이 서로 상대 이동될 수도 있고, 서로 상대 이동되는 것이 바람직하다.
실시예에서 금속 기판 표면의 웨팅에 이어 다른 방법 단계가 후속하고, 상기 방법 단계에서 예컨대 교반과 같은 기계적 과정에 의해 금속 기판의 표면에 걸쳐 균일하게 유기산이 분포된다.
실시예에서 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅과 동시에 금속 기판의 표면에 유기산의 균일한 분포가 이루어진다.
실시예에서, 방법은 금속 기판 표면의 기계적 세척을 포함하고, 이는 예컨대 브러시 또는 직물 장치를 이용한 마찰에 의해 이루어질 수 있다. 기계적 세척 단계는 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅 전에, 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅 중에, 즉 동시에 또는 웨팅 후에 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예에서 방법 단계들, 유기산으로 금속 기판 표면의 웨팅, 금속 기판의 표면에 유기산의 균일한 분포 및 금속 기판 표면의 기계적 세척 단계들이 하나의 방법 단계로 통합되고, 이는 예를 들어 유기산을 포함하는 스팀젯에 의해, 또는 이동 브러시의 이용에 의해 이루어질 수 있고, 상기 브러시는 유기산으로 채워진 저장 컨테이너로부터 지속적으로 웨팅되고, 금속 기판의 표면과 접촉함으로써 상기 유기산을 상기 기판 표면에 배출한다. 이 경우 이동 브러시는 금속 기판의 표면에서 예컨대 원형 운동을 실시하므로, 유기산은 금속 기판의 표면에 균일하게 분포된다. 브러시에 의해 금속 기판의 표면에 압력이 선택적으로 가해짐으로써 상기 기판은 또한 동시에 기계적으로 세척된다.
금속 기판의 표면에서 유기산의 체류 시간은 바람직하게 30초, 바람직하게 5분, 바람직하게 30분, 바람직하게 60분, 바람직하게는 2시간이다. 그러나 체류 시간은 더 길거나 또는 짧을 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 UV-광으로 금속 기판의 처리를 포함한다.
실시예에서 금속 기판의 UV-조사는 유기산으로 처리 전에 이루어진다.
다른 실시예에서 금속 기판의 UV-조사는 유기산으로 처리 후에 이루어진다.
바람직한 실시예에서 금속 기판의 UV-조사는 유기산으로 처리 전 및 후에 이루어진다.
바람직한 실시예에서 금속 기판 외에 전기화학 활성 물질도 UV-광으로 조사된다.
UV-광으로 전기화학 활성 물질의 조사는 금속 기판에 상기 활성 물질을 도포하기 직전에 이루어질 수 있거나 또는 시간 간격을 두고 이루어질 수도 있다.
금속 기판 및 전기화학 활성 물질의 UV-조사는 금속 기판의 표면에 대한 전기화학 활성 물질의 접착에 바람직하게 작용한다. UV-조사에 의해 산화에 의한 금속 기판의 표면의 유기 불순물이 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 이 경우 예를 들어 CO2 및 물과 같은 분해 생성물이 형성될 수 있다. 따라서 UV-조사에 의해 금속 기판의 표면이 적어도 부분적으로 세척되고, 금속 기판의 표면의 접착력이 적어도 부분적으로 증가한다.
금속 기판의 UV-처리의 다른 장점은, 금속 기판의 표면에 경우에 따라서 도포된 유기산은 UV-조사에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 유기산의 분해에 의해 완전히 제거될 수 있다. 이때, UV-조사 시 휘발성 분해 생성물, 예컨대 CO2와 같은 기체가 생성되는 것이 특히 바람직하다. 또한, UV-조사 시 분해 생성물로서 물의 형성도 가능하다. 이러한 분해 생성물들은 다른 공정에서 쉽게 제거될 수 있고, 전기화학 전지에 손상을 입히지 않는다.
UV-방사원으로서 예컨대 수은 증기등, 예컨대 저압 수은 증기등 또는 UV-발광 다이오드가 적합하다. UV-광은 1 nm 내지 380 nm의 파장 길이를 갖는 전자기 방사선이다.
바람직하게 방법은, 금속 기판이 건조되고, 즉 금속 기판의 표면에 축적된 액체, 특히 물이 감소되거나 또는 제거되는 단계를 포함한다. 건조 단계는 UV-광으로 처리 전 및/또는 후에 이루어질 수 있다. 또한, 건조 단계는 유기산으로 처리 전 및/또는 전 및/또는 후에 이루어질 수 있다.
바람직하게 본 발명에 따른 방법은, UV-조사 및/또는 유기산으로 처리된 금속 기판의 표면이 바람직하게 마찬가지로 UV-조사 처리된 전기화학 활성 물질로 코팅되는 단계를 포함한다. 코팅에 후속하여 UV-조사로 추가 처리가 이루어지는 경우에 바람직하다.
실시예에서 본 발명에 따른 전기화학 전지는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 적어도 하나의 전극을 포함하고, 이 경우 전극, 바람직하게 음극은 금속 기판을 포함하고, 상기 기판은 바람직하게 구리를 함유하고, 박막으로서 형성되고, 상기 기판의 전체 표면의 바람직하게 30%, 바람직하게 50%, 바람직하게 70%, 바람직하게는 100%는 전기화학 활성 물질로 코팅되고, 바람직하게 재료 결합식으로 코팅되고, 이 경우 전기화학 활성 물질은 탄소를 함유하고, 바람직하게 결정질 흑연 또는 비결정질 흑연 또는 "경질 카본" 또는 이들의 혼합물에서 선택된다.
전기화학 전지의 다른 실시예에서, 추가로 결합제가 포함되고, 상기 결합제는 전기화학 활성 물질과 금속 기판 사이의 접착을 개선할 수 있다. 바람직하게 이러한 결합제는 중합체, 바람직하게 플루오르화 중합체, 바람직하게는 폴리비닐리덴 불소를 포함하고, 상표명 Kynar®, Solef®, Kureha® 또는 Dyneon® 으로 판매된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 개략적인 실시예를 도시한 도면.
전극을 제조하기 위한 발명에 따른 방법의 실시예는 하기 단계들을 포함한다:
금속 기판, 바람직하게 구리 금속 콜렉터 또는 구리 함유 금속 콜렉터를 제공하는 단계(11). 후속해서 UV-조사에 의해 금속 기판, 특히 금속 기판의 표면을 처리하는 단계(12). 유기산, 특히 옥살산을 제공하는 단계(21). 후속해서 상기 유기산을 NMP에 적어도 부분적으로 용해하는 단계(22). 방법 단계(11) 및/또는 (12)는 방법 단계(21) 및/또는 (22)와 동시에 실시될 수 있다. 방법 단계(11) 및/또는 (12)는 방법 단계(21) 및/또는 (22)와 시간적으로 무관하게 또는 시간 차이를 두고 실시될 수 있다. 따라서 예컨대 방법 단계들(11, 21)이 이루어진 후에, 방법 단계(22)가 실시되고, 그 후에야 방법 단계(12)가 실시될 수도 있다.
NMP에 용해된 유기산, 바람직하게는 NMP에 용해된 무수 옥살산을 금속 기판의 UV-처리된 표면에 도포하는 단계(30).
방법 단계(30)에서 도포된, NMP에 용해되어 존재하는 유기산을 금속 기판으로부터 적어도 부분적으로 제거하는 단계(40). 방법 단계(30)는 방법 단계(40)와 시간적으로 간격을 두고 이루어지는 경우에 바람직하다. 이로 인해 더 효과적인 세척이 달성될 수 있다.
방법 단계(40)에서 유기산으로 세척된 금속 기판의 표면을 UV-조사로 처리하는 단계.
전기화학 활성 물질, 특히 애노드를 위한 전기화학 활성 물질을 제공하는 단계(71) 및 전기화학 활성 물질을 UV-조사로 처리하는 단계. 방법 단계(71)과 (72)는 각각의 임의의 시점에 실시될 수 있다. 방법 단계(72)가 선행하는 방법 단계들(12, 30, 40 및 50)로부터 처리된 금속 기판, 특히 금속 기판의 처리된 표면의 코팅을 포함하는 방법 단계(60)에 임박하여 실시되는 경우에, 특히 바람직하다.
방법 단계(60)에서 전기화학 활성 물질로 코팅된 금속 기판을 UV-조사로 처리하는 단계(80). 방법 단계(80)은 선택적인 방법 단계이다.
11 금속 기판, 바람직하게 구리 금속 콜렉터 또는 구리 함유 금속 콜렉터를 제공하는 단계
12 UV-조사에 의해 금속 기판, 특히 금속 기판의 표면을 처리하는 단계
21 유기산, 특히 옥살산을 제공하는 단계
22 유기산, 특히 옥살산을 NMP에 용해하는 단계
30 NMP에 용해된 유기산, 바람직하게는 NMP에 용해된 무수 옥살산을 금속 기판의 UV-처리된 표면에 도포하는 단계
40 도포된, NMP에 용해되어 존재하는 유기산을 금속 기판으로부터 적어도 부분적으로 제거하는 단계
71 전기화학 활성 물질, 특히 애노드를 위한 전기화학 활성 물질을 제공하는 단계
12 UV-조사에 의해 금속 기판, 특히 금속 기판의 표면을 처리하는 단계
21 유기산, 특히 옥살산을 제공하는 단계
22 유기산, 특히 옥살산을 NMP에 용해하는 단계
30 NMP에 용해된 유기산, 바람직하게는 NMP에 용해된 무수 옥살산을 금속 기판의 UV-처리된 표면에 도포하는 단계
40 도포된, NMP에 용해되어 존재하는 유기산을 금속 기판으로부터 적어도 부분적으로 제거하는 단계
71 전기화학 활성 물질, 특히 애노드를 위한 전기화학 활성 물질을 제공하는 단계
Claims (8)
- 금속 기판을 포함하는, 전기화학 전지의 전극, 특히 음극을 제조하기 위한 방법에 있어서,
UV-조사에 의해 금속 기판을 처리하는 단계 및 유기산을 사용하여 상기 금속 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 금속 기판은 구리를 포함하고, 바람직하게는 구리 함유 박막 또는 구리 박막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 기판의 UV-조사는 유기산에 의한 상기 금속 기판의 처리 이전이나 이후에, 또는 이전과 이후 모두에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기산은 무수(water-free) 옥살산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 무수 옥살산은 NMP에 용해되어 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기산에 의한 상기 금속 기판의 처리는 전기화학 활성 물질로 상기 금속 기판을 코팅하는 단계의 30 내지 40분 이전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전기화학 활성 물질은 UV-조사에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전기화학 전지의 전극, 특히 음극의 금속 기판을 세척하기 위한 방법에 있어서,
UV-조사에 의해 상기 금속 기판을 처리하는 단계 및 유기산을 사용하여 상기 금속 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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