KR20140069781A - 리튬 이차 전지용 음극 구조물, 이의 형성 방법 및 리튬 이차 전지 - Google Patents

리튬 이차 전지용 음극 구조물, 이의 형성 방법 및 리튬 이차 전지 Download PDF

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Abstract

리튬 이차 전지용 음극 구조물은 베이스와 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 포함한다. 따라서, 리튬 이차 전지용 음극 구조물을 포함하는 리튬 이차 전지의 수명이 개선될 수 있다.

Description

리튬 이차 전지용 음극 구조물, 이의 형성 방법 및 리튬 이차 전지{ANODE STRUCTURE OF LITHIUM SECONDARY BATTERY, METHOD OF FORMING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY}
본 발명은 리튬 이차 전지용 전극, 상기 리튬 이차 전지용 전극의 형성 방법 및 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전 및 방전이 가능한 이차 전지를 이루는 리튬 이차 전지용 전극, 상기 전극의 형성 방법 및 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이차 전지(Lithium secondary battery)는 전지 내에서 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 의하여 충전과 방전이 이루어지는 이차 전지의 일종으로, 충전 시에는 양극(cathode)에서 음극(anode) 쪽으로 리튬 이온이 이동하여 음극의 활물질에 삽입되며, 반대로 방전 시에는 음극에 삽입된 리튬 이온이 양극 쪽으로 이동하여 양극의 활물질에 삽입된다. 이러한 리튬 이차 전지는 에너지 밀도가 높고, 기전력이 크며, 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지고 있어, 휴대전화, 노트북 등의 전원으로 많이 이용된다.
상기 리튬 이차 전지는 통상 음극, 양극, 분리판 및 전해질로 구성된다. 음극과 양극은 상기와 같이 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 음극 활물질 및 양극 활물질을 포함한다. 분리판(separator)은 양극과 음극 사이에서 물리적인 전지 접촉을 방지한다. 대신 분리판을 통한 이온의 이동은 자유롭다. 전해액은 양극과 음극 사이에서 이온이 자유롭게 이동할 수 있는 통로 역할을 한다.
한편, 상기 음극을 구성하기 위한 탄소가 이용될 수 있다. 상기 탄소재료는 리튬의 층간 삽입/탈리 시에 부피 변화가 적고, 가역성이 뛰어나며, 가격이 상대적으로 저렴하여 리튬이온전지의 음극재료로 널리 사용되고 있다. 이러한 음극재료로 사용되는 탄소 재료는 그라파이트(graphite), 코크(coke), 파이버(fiber), 피치(pitch), 및 메조(meso) 탄소 등이 있다. 그러나, 상기 그라파이트는 단위질량당 충전용량에 이론적 한계(372 mAh g-1)가 있다. 따라서, 리튬이온전지의 에너지 밀도, 가역 용량 및 초기 충전효율과 같은 동작 특성을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 음극 재료의 개발이 요구되고 있었다.
최근 상기한 문제점을 해결하기 위한 시도로 실리콘을 이용한 전극개발이 주목을 받고 있다. 실리콘은 그라파이트 전극 또는 다른 다양한 산화물, 질화물 재료 전극의 충전용량(charge capacity)보다 10배 이상 높은 이론적 단위질량당 충전용량(약 4,200 mAh g-1)을 가지기 때문에 리튬이온전지 분야에서 많은 관심을 가지고 있는 소재이다.
그러나, 실리콘은 리튬이온전지 전극에 적용 시 리튬의 삽입/탈리로 인해 400% 이상의 큰 부피 변화가 발생하여 실제 음극 재료로의 적용에는 많은 제약이 따른다. 이는 부피변화로 인해 실리콘 결정격자 내에 생성되는 기계적 스트레스가 실리콘 전극의 파괴와 분쇄를 발생시켜 리튬이온전지의 안정성 및 용량을 저하시키기 때문이다.
본 발명의 일 목적은 개선된 용량 및 수명을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용량 및 수명을 갖는 리튬 이차 전지용 음극 구조물을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 구조물은 베이스와 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 포함한다. 여기서, 상기 음극 활물질층은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 돌출부들은 상호 일정하게 제1 간격으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 간격은 상기 돌출부의 평균 폭보다 0.5배 내지 10.0배일 수 있으며, 상기 제1 간격은 상기 음극 활물질층의 두께보다 4배 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법에 있어서, 복수의 리세스들이 형성된 몰드를 형성하고, 상기 몰드의 리세스 및 상부 표면 상에, 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체를 형성하고, 상기 몰드를 상기 금속 집전체로부터 제거한다. 이어서, 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 음극 활물질층은 저압 화학 기상증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질층은 비정질 실리콘을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 집전체는 상기 몰드의 리세스 및 상부 표면 상에 컨포멀하게 금속 박막을 형성하고, 상기 금속 박막을 이용하여 전기도금 공정으로 상기 몰드의 리세스를 채우도록 금속막을 형성함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 활물질을 포함하는 양극 구조물, 상기 양극 구조물과 이격되어 마주보도록 배치되며, 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 구비하는 리튬 이차전지용 음극 구조물 및 상기 양극 구조물 및 상기 음극 구조물 사이에 개재되며 전해질층을 포함한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물은 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 구비한다. 이로써 금속 집전체 및 음극 활물질층 간의 접촉 면적이 확대되어 전기적인 특성이 개선될 수 있다. 나아가, 음극 활물질층이 비정질 실리콘으로 이루어질 경우, 상기 음극 활물질층이 충전시 부패 팽창이 발생할 경우에도 상기 음극 활물질층이 상호 이격되어 있음에 따라 실리콘 간의 간섭 현상이 억제되어 이차 전지의 수명이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물을 설명하기 위한 사시도이다.
도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<리튬 이차 전지의 음극 구조물>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물(100)은 금속 집전체(110) 및 음극 활물질층(120)을 포함한다.
상기 금속 집전체(110)는 금속으로 이루어진다. 예를 들면, 상기 금속 집전체(110)는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 상기 금속 집전체(110)는 베이스(111) 및 돌출부들(115)을 구비한다.
상기 돌출부들(115)은 상기 베이스(111)의 상면으로부터 상방으로 수직하게 돌출되어 있다. 상기 돌출부들(115) 각각은 수평 방향으로 측정한 제1 폭(W)을 가질 수 있다.
상기 돌출부들(115)은 상호 이격되게 배열될 수 있다. 예를 들면 상기 돌출부들(115)은 상호 동일한 제1 간격(d)으로 이격되게 배열될 수 있다. 상기 돌출부들(115)은 상기 음극 활물질층(120)과 접촉 면적이 증대시켜, 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물(100)의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
상기 돌출부들(115) 각각은 로드 형상을 가질 수 있다. 상기 돌출부들(115)은 상기 베이스와 함께 동일한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 돌출부들(115) 및 상기 베이스(111)는 모두 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 돌출부들(115)은 상기 베이스(111)와 함께 일체로 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 돌출부들(115)은 상기 베이스(111)에 별도로 형성될 수 있다.
상기 음극 활물질층(120)은 상기 베이스(111) 및 상기 돌출부들(115)의 상부 표면을 따라 컨포멀하게 형성된다. 따라서, 상기 음극 활물질층(120)은 상기 돌출부들(115) 및 상기 베이스(111)를 구비한 상기 금속 집전체(110)와의 접촉 면적이 증대될 수 있다.
상기 음극 활물질층(120)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상기 음극 활물질층(120)이 비정질 실리콘으로 이루어질 경우, 이론적으로 약 4,200 mAh g-1의 단위질량당 충전용량을 가질 수 있다.
상기 음극 활물질층(120)은 비정질 실리콘으로 이루질 경우, 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물(100)이 리튬 이차 전지에 적용되어 충전될 때 상기 음극 활물질층(120)이 부피 팽창이 발생할 수 있다. 이때, 상기 음극 활물질층(120)이 상호 이격된 돌출부들(115)의 상부 표면을 따라 형성됨에 따라 상기 음극 활물질층(120)의 부피 팽창시 상기 제1 간격(d)에 따른 여유 공간이 존재한다. 예를 들면 상기 음극 활물질층(120)이 수평 방향으로 부피 팽창시 상기 음극 활물질층(120)이 상기 여유 공간에 의해 상기 음극 활물질층(120) 내부에 크랙이 발생하는 것이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 간격(d)은 상기 돌출부들의 제1 폭(w)의 평균값보다 0.5 배 내지 10.0배 일 수 있다. 예를 들면, 상기 돌출부들의 제1 폭(w)의 평균값이 300nm 일 경우, 상기 제1 간격(d)은 600nm 일 수 있다. 상기 제1 간격(d)이 상기 돌출부들(115)의 제1 폭(w)의 평균값의 0.5 배 미만일 경우, 상기 여유 공간이 부족하여 상기 음극 활물질층(120)이 수평 방향으로 부피 팽창시 크랙이 발생할 수 있다. 한편, 상기 제1 간격(d)이 상기 돌출부들(115)의 제1 폭(w)의 평균값의 10.0배를 초과일 경우, 상기 돌출부들(115) 및 상기 음극 활물질층(120)의 접촉 면적이 상대적으로 감소하여 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물(100)의 전기적 특성이 악화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 간격(d)은 상기 음극 활물질층(120)의 두께(t)보다 4배 이상 일 수 있다. 상기 제1 간격(d)이 음극 활물질층(120)의 두께(t)보다 4배 미만일 경우, 상기 여유 공간이 부족하여 상기 음극 활물질층(120)이 수평 방향으로 부피 팽창시 크랙이 발생할 수 있다.
<리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법>
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물의 형성 방법에 있어서, 패터닝된 실리콘 스탬프(20)로 고분자층을 가압하여 몰드(10)를 형성한다. 상기 몰드(10)에는 상기 스탬프의 형상에 대응되는 복수의 리세스가 형성된다. 상기 몰드(10)는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride; PVC)과 같은 열가소성 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 몰드(10)의 리세스들 및 상부 표면 상에 금속 집전체(110)를 형성한다. 상기 금속 집전체(110)는 상기 몰드(10)의 상부 표면에 형성된 베이스(111) 및 상기 리세스 내부에 형성된 돌출부들(115)을 구비하도록 형성될 수 있다. 상기 금속 집전체(110)는 구리와 같은 금속 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 집전체(110)를 형성하기 위하여 전기 도금(electroplating) 공정이 수행될 수 있다. 상기 전기 도금 공정을 수행하기 위하여, 상기 몰드(10)의 리세스들 및 상부 표면 상에 금속 박막(미도시)을 형성한다. 상기 금속 박막은 상기 몰드(10)의 리세스 및 상부 표면 상에 컨포멀하게 형성된다. 상기 금속 박막을 형성하기 위하여, 전자 빔 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 스퍼터링 공정이 수행될 수 있다. 이어서, 상기 금속 박막을 이용하여 전기 도금 공정을 통하여 상기 몰드(10)의 리세스를 채우도록 금속막(미도시)이 형성된다. 이로써, 상기 금속 박막 및 상기 금속막을 포함하는 금속 집전체(110)가 형성될 수 있다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 상기 몰드(10)를 상기 금속 집전체(110)로부터 제거한 후, 상기 베이스(111) 및 상기 돌출부들(115)의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층(120)을 형성한다. 상기 음극 활물질층(120)은 비정질 실리콘을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 음극 활물질층(120)은 저압 화학 기상 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 이로써, 상기 음극 활물질층(120)과 상기 금속 집전체(110) 사이의 접촉 면적이 개선되어 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물(100)의 전기적 특성이 개선될 수 있다. 나아가, 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물(110)이 리튬 이차 전지용 적용되어 충전될 때 상기 음극 활물질층(120)이 부피 팽창이 발생할 수 있다. 이때, 상기 음극 활물질층(120)이 상호 이격된 돌출부들(115)의 표면을 따라 형성됨에 따라 상기 음극 활물질층(120)의 부피 팽창시 돌출부들(115)의 이격에 따른 여유 공간이 존재한다. 따라서, 상기 음극 활물질층(120)이 수평 방향으로 부피 팽창시 상기 음극 활물질층(120)이 상기 여유 공간에 의해 상기 음극 활물질층(120) 내부에 크랙이 발생하는 것이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지는 양극 구조물, 음극 구조물 및 전해질층을 포함한다.
상기 양극 구조물은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함한다. 이러한 양극 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiCrO2, LiMn2O4 등과 같은 전지반응에 사용되는 리튬을 함유하고 있는 전이금속 산화물(lithiated cathode)이 될 수 있다. 또한 상기 양극 구조물에 포함되는 양극 활물질은 환경 친화적이고, 코발트(Co)와 같은 희귀 금속을 사용하지 않고, 대신에 매장량이 풍부한 철을 함유하여 원료의 가격도 매우 저렴하고, 전지 용량에도 크게 기여하는 장점이 있는 리튬 철인산화물(Lithium Iron Phosphate, LiFePO4)이 될 수 있다.
상기 음극 구조물은 상기 양극 구조물과 마주보도록 배치된다. 상기 음극 구조물은 금속 집전체 및 음극 활물질층을 포함한다.
상기 금속 집전체는 금속으로 이루어진다. 예를 들면, 상기 금속 집전체는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 상기 금속 집전체는 베이스 및 돌출부들을 구비한다.
상기 돌출부들은 상기 베이스의 상면으로부터 상방으로 수직하게 돌출되어 있다. 상기 돌출부들 각각은 수평 방향으로 측정한 제1 폭을 가질 수 있다.
상기 돌출부들은 상호 이격되게 배열될 수 있다. 예를 들면 상기 돌출부들은 상호 동일한 제1 간격으로 이격되게 배열될 수 있다. 상기 돌출부들은 상기 음극 활물질층과 접촉 면적이 증대시켜, 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
상기 돌출부들은 로드 형상을 가질 수 있다. 상기 돌출부들은 상기 베이스와 함께 동일한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 돌출부들 및 상기 베이스는 모두 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 돌출부들은 상기 베이스와 함께 일체로 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 돌출부들은 상기 베이스에 별도로 형성될 수 있다.
상기 음극 활물질층은 상기 베이스 및 상기 돌출들의 상부 표면을 따라 컨포멀하게 형성된다. 따라서, 상기 음극 활물질층은 상기 돌출부들 및 상기 베이스를 구비한 상기 금속 집전체와의 접촉 면적이 증대될 수 있다.
상기 음극 활물질층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상기 음극 활물질층이 비정질 실리콘으로 이루어질 경우, 이론적으로 약 4,200 mAh g-1의 단위질량당 충전용량를 가질 수 있다.
상기 음극 활물질층은 비정질 실리콘으로 이루질 경우, 상기 리튬 이차 전지용 음극 구조물이 리튬 이차 전지용 적용되어 충전될 때 상기 음극 활물질층이 부피 팽창이 발생할 수 있다. 이때, 상기 음극 활물질층이 상호 이격된 돌출부의 상부 표면을 따라 형성됨에 따라 상기 음극 활물질층의 부피 팽창시 상기 제1 간격에 따른 여유 공간이 존재한다. 예를 들면 상기 음극 활물질층이 수평 방향으로 부피 팽창시 상기 음극 활물질층이 상기 여유 공간에 의해 상기 음극 활물층 내부에 크랙이 발생하는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 음극 구조물이 리튬 이차 전지에 적용될 경우, 상기 리튬 이차 전지는 안정적인 사이클 특성을 가질 수 있다.
상기 전해질층은 상기 양극 구조물 및 음극 구조물 사이에 개재된다. 상기 전해질층은 전해액을 포함한다. 상기 전해액의 예로는 비수성 유기 용매가 될 수 있으며, 여기에 리튬염이 포함될 수 있다. 상기 비수성 유기 용매는 환상 또는 비환상 카보네이트, 지방족 카르복실산 에스테르 등이 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 있는 것을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 음극 구조물은 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 구비함으로써 금속 집전체 및 음극 활물질층 간의 접촉 면적이 확대되어 전기적인 특성이 개선될 수 있다. 나아가, 음극 활물질층이 비정질 실리콘으로 이루어질 경우, 상기 음극 활물질층이 충전시 부패 팽창이 발생할 경우에도 상기 음극 활물질층이 상호 이격되어 있음에 따라 실리콘 간의 간섭 현상이 억제되어 이차 전지의 수명이 개선될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체; 및
    상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음극 활물질층은 비정질 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 돌출부는 상호 일정하게 제1 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물.
  4. 제4항에 있어서, 상기 제1 간격은 상기 돌출부의 평균 폭보다 0.5배 내지 10.0배인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 간격은 상기 음극 활물질층의 두께보다 4배 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물.
  6. 복수의 리세스들이 형성된 몰드를 형성하는 단계;
    상기 몰드의 리세스 및 상부 표면 상에, 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체를 형성하는 단계;
    상기 몰드를 상기 금속 집전체로부터 제거하는 단계; 및
    상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 음극 활물질층을 형성하는 단계는 저압 화학 기상증착 공정을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 음극 활물질층을 형성하는 단계는 비정질 실리콘을 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 금속 집전체를 형성하는 단계는,
    상기 몰드의 리세스 및 상부 표면 상에 컨포멀하게 금속 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 박막을 이용하여 전기도금 공정으로 상기 몰드의 리세스를 채우도록 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 음극 구조물의 형성 방법.
  10. 양극 활물질을 포함하는 양극 구조물;
    상기 양극 구조물과 이격되어 마주보도록 배치되며, 베이스 및 상기 베이스로부터 돌출되며 상호 이격된 복수의 돌출부들을 구비한 금속 집전체 및 상기 베이스 및 상기 돌출부들의 상부 표면을 따라 컨포멀(conformal)하게 형성된 음극 활물질층을 구비하는 리튬 이차전지용 음극 구조물; 및
    상기 양극 구조물 및 상기 음극 구조물 사이에 개재되며 전해질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
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