KR20150113661A - 전극 집전체 및 전극의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (S1) 전극판을 마련하는 단계; 및 (S2) 상기 전극판의 적어도 일면에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통해 그래핀(Graphene)층을 코팅하는 단계;를 포함하는 전극 집전체의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조되는 전극 집전체를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학기상증착을 통해 그래핀을 전극판의 적어도 일면에 코팅함으로써, 전극판의 산화를 방지할 수 있고, 전해액의 산화 및 환원 반응을 억제할 수 있으며, 나아가, 전기전도도가 매우 우수한 그래핀을 전극판에 코팅함으로써 전극의 전도성을 향상시킬 수 있고, 이로써 리튬 이차전지의 고에너지화를 달성할 수 있다.

Description

전극 집전체 및 전극의 제조방법{Method for producing electrode current collector and electrode}
본 발명은 전극 집전체 및 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 전극판에 화학기상증착을 통해 그래핀층을 코팅함으로써, 전극의 전도성 향상 및 전해액의 산화 및 환원 반응을 억제하는 전극 집전체 및 전극의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지의 성능에 영향을 주는 원인은 다양하다. 음극과 양극 활물질 자체의 성질, 세퍼레이터의 재료, 전해액의 종류 또는 전해질의 양 등 많은 요인이 리튬 이차전지의 성능에 영향을 미친다.
한편, 리튬 이차전지의 요구성능이 점차 고에너지화 되어감에 따라, 이를 달성하기 위한 다양한 방법들이 시도되고 있다. 전극 활물질의 로딩량을 유지하면서 스택을 늘려 셀의 용량을 증가시키거나, 전극 활물질의 로딩량을 증가시키면서 스택을 줄이는 방법 등이 있다. 스택을 늘리게 되면 전지의 성능은 크게 감소하지 않으나, 가격을 상승시키게 되는 단점이 있고, 전극 활물질의 로딩량을 증가시키게 되면 성능은 스택을 늘린 경우보다 조금 더 떨어지지만 가격이 훨씬 저렴하다는 장점이 있다. 하지만 전극 활물질의 로딩량을 증가시키게 되면 전극 활물질층의 표면으로부터 집전체까지의 전자 이동이 어려워짐으로써 리튬 이차전지의 성능이 저하될 수 있어 문제가 된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극판에 화학기상증착을 통해 그래핀층을 코팅함으로써, 전극의 전도성 향상 및 전해액의 산화 및 환원 반응을 억제하는 전극 집전체 및 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, (S1) 전극판을 마련하는 단계; 및 (S2) 상기 전극판의 적어도 일면에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통해 그래핀(Graphene)층을 코팅하는 단계;를 포함하는 전극 집전체의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 전극판은, 구리 호일 또는 알루미늄 호일 등의 금속 호일일 수 있다.
그리고, 상기 (S2) 단계에서, 상기 그래핀층은 1 내지 10 nm의 두께로 코팅될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 전극 집전체의 제조방법에 의해 제조되는 전극 집전체의 적어도 일면에, 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 코팅하는 전극의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 전극 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
이때, 상기 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있고, 상기 리튬 함유 산화물은, 리튬 함유 전이금속 산화물일 수 있다.
그리고, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 상기 음극 활물질은, 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
이때, 상기 금속 화합물은, Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 금속 원소를 함유하는 화합물 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학기상증착을 통해 그래핀을 전극판의 적어도 일면에 코팅함으로써, 전극판의 산화를 방지할 수 있고, 전해액의 산화 및 환원 반응을 억제할 수 있다.
나아가, 전기전도도가 매우 우수한 그래핀을 전극판에 코팅함으로써 전극의 전도성을 향상시킬 수 있고, 이로써 리튬 이차전지의 고에너지화를 달성할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 집전체의 제조방법은 다음과 같다.
우선, 전극판을 마련한다(S1 단계).
이때, 상기 전극판은, 전극 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로서, 전극 활물질이 용이하게 접착할 수 있고, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 이때 사용될 수 있는 것은 구체적으로, 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 스테인리스스틸, 티타늄 및 이들의 합금 등의 금속 호일일 수 있다.
이어서, 상기 전극판의 적어도 일면에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통해 그래핀(Graphene)층을 코팅한다(S2 단계).
화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)은 화학 반응을 이용하여 피증착체에 박막을 형성하는 방법으로서, 일반적으로 기판이 마련된 진공 챔버 내에 증기압이 높은 반응 가스를 주입하여 상기 반응 가스에 의한 박막을 기판 상에 성장시키는 방법이다.
상기 그래핀층이 화학기상증착을 통해 코팅됨으로써, 전극판이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 그래핀은 전기 전도도가 매우 우수한 물질이기 때문에, 전극의 전도성을 향상시키게 된다.
이때, 상기 그래핀층은 1 내지 10 nm의 수 nm 두께로 코팅될 수 있다. 이로써 전극의 두께에는 크게 영향을 미치지 않고, 전극 활물질의 로딩량을 증가시키더라도, 전극 활물질에서 전극판으로의 전자이동을 용이하게 할 수 있다.
한편, 구리 호일 또는 알루미늄 호일이 전극판으로 사용됨에 따라 전극판의 부식 문제가 발생할 수 있는데, 리튬 이차전지의 전해질로서 유기 전해액을 사용하면서, 고전압을 인가하게 되면 각 집전체에서는 산화 반응과 환원 반응이 진행되게 된다. 알루미늄 호일은 낮은 전압에서 산화 및 환원 반응이 진행되기 때문에 음극 집전체로서의 사용이 불가능했었고, 전극 활물질을 전극판에 코팅한 후에 전극을 건조할 때에도, 구리 호일 또는 알루미늄 호일로 이루어진 전극판에서의 반응을 억제하기 위해 진공에서 건조가 진행되어야 했다.
하지만, 본 발명에서와 같이 화학기상증착을 통해 전극판에 그래핀층을 코팅하게 되면, 그래핀이 화학적으로 안정하기 때문에, 전술한 전극판에서의 산화 및 환원 반응이 발생하지 않게 되어 알루미늄 호일은 음극 집전체로서의 사용이 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 전극 집전체의 제조방법에 의해 제조되는 전극 집전체의 적어도 일면에, 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 코팅하는 전극의 제조방법이 제공된다.
이때, 상기 상기 전극 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
여기서, 상기 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있고, 상기 리튬 함유 산화물은 리튬 함유 전이금속 산화물일 수 있다.
상기 리튬 함유 전이금속 산화물로서, 예를 들면 LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그리고 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.
그리고, 상기 음극 활물질은, 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 상기 탄소재로서, 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
여기서 상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr 및 Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2 등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전지를 더 고용량화할 수 있다.
한편, 상기 전극 활물질층은 전술한 전극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 포함하는 슬러리가 상기 전극 집전체에 도포된 후, 건조 및 프레싱을 통해 코팅될 수 있다.
여기서, 상기 도전재로는, 리튬 이차전지에서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도성 물질이면 특별한 제한이 없다. 일반적으로 카본블랙(carbon black), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 금속분말, 도전성 금속산화물, 유기 도전재 등을 사용할 수 있고, 현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠 블랙 (Ketjen Black) EC 계열(아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P (엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다.
그리고, 상기 바인더로는, 전극 활물질을 전극 집전체에 유지시키고, 또 전극 활물질들 사이를 이어주는 기능을 갖는 것으로서, 통상적으로 사용되는 바인더가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (CMC, carboxyl methyl cellulose) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.
이와 같이 제조된 전극은, 리튬 이차전지 등의 양극 또는 음극으로 사용되어, 전극에서의 전자 전도성을 향상시킴으로써 이차전지의 고에너지화를 달성할 수 있다.
한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (11)

  1. (S1) 전극판을 마련하는 단계; 및
    (S2) 상기 전극판의 적어도 일면에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 통해 그래핀(Graphene)층을 코팅하는 단계;를 포함하는 전극 집전체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극판은, 금속 호일인 것을 특징으로 하는 전극 집전체의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 호일은, 구리 호일 또는 알루미늄 호일인 것을 특징으로 하는 전극 집전체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계에서, 상기 그래핀층은 1 내지 10 nm의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극 집전체의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전극 집전체의 제조방법에 의해 제조되는 전극 집전체의 적어도 일면에, 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 코팅하는 전극의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 리튬 함유 산화물은, 리튬 함유 전이금속 산화물인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 음극 활물질은, 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 화합물은, Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 금속 원소를 함유하는 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109378443A (zh) * 2018-10-01 2019-02-22 河北工程大学 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
KR20210154797A (ko) * 2019-09-25 2021-12-21 한국과학기술연구원 그래핀층을 포함하는 집전체, 이를 포함하는 리튬이온전지 및 슈퍼커패시터
WO2022019698A1 (ko) * 2020-07-24 2022-01-27 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬-황 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지
US11469412B2 (en) 2018-05-02 2022-10-11 Lg Energy Solution, Ltd. Anode for lithium metal battery, manufacturing method of the same, lithium metal battery including the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11469412B2 (en) 2018-05-02 2022-10-11 Lg Energy Solution, Ltd. Anode for lithium metal battery, manufacturing method of the same, lithium metal battery including the same
CN109378443A (zh) * 2018-10-01 2019-02-22 河北工程大学 一种复合石墨烯锂离子电池及复合石墨烯电极的制造方法
KR20210154797A (ko) * 2019-09-25 2021-12-21 한국과학기술연구원 그래핀층을 포함하는 집전체, 이를 포함하는 리튬이온전지 및 슈퍼커패시터
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EP4027414A4 (en) * 2020-07-24 2023-01-11 Lg Energy Solution, Ltd. NEGATIVE ELECTRODE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY AND LITHIUM-SULFUR BATTERY INCLUDING IT

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