KR20200070129A - 리튬 전극 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

리튬 전극 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 전극 제조 장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절단 스테이지, 레이저 조사부 및 리튬 금속 필름 공급부를 포함하며, 상기 절단 스테이지의 상부면에는 복수 개의 흡착홀 및 복수 개의 단위전극 패턴홈이 형성된 리튬 전극 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 제조장치에 따르면 리튬 전극의 절단 품질이 우수할 뿐만 아니라 버의 발생을 억제하여 정밀한 리튬 전극의 제조를 가능케 한다.

Description

리튬 전극 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREPARING LITHIUM ELECTRODE}
본 발명은 리튬 전극의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 고성능 및 고안정성의 이차전지에 대한 수요가 최근 급격히 증가하고 있다. 특히, 전지, 전자 제품의 경량화, 박형화, 소형화 및 휴대화 추세에 따라 핵심 부품인 이차전지에 대해서도 경량화 및 소형화가 요구되고 있다. 또한, 환경 공해 문제 및 석류 고갈에 따른 새로운 형태의 에너지 수급원의 필요성이 대두됨에 따라 이를 해결할 수 있는 전기 자동차의 개발 필요성이 증가되어 왔다. 여러 이차전지 중에서 가볍고, 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 긴 리튬 이차전지가 최근 각광 받고 있다.
리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 적층 또는 권취된 구조를 가지며, 이 전극조립체가 전지케이스에 내장되고 그 내부에 비수 전해액이 주입됨으로써 구성된다. 이때 리튬 이차전지의 용량은 전극 활물질의 종류에 따라 차이가 있으며, 실제 구동시 이론 용량만큼 충분한 용량이 확보되지 않기 때문에 상용화되고 있지 못한 실정이다.
리튬 이차전지의 고용량화를 위해 리튬과의 합금화 반응에 통해 높은 저장용량 특성을 나타내는 규소(4,200 mAh/g), 주석(990 mAh/g) 등의 금속계 물질이 음극 활물질로 이용되고 있다. 그러나 규소, 주석 등의 금속을 음극 활물질로 사용하는 경우, 리튬과 합금화하는 충전 과정에서 체적이 4배 정도로 크게 팽창하고 방전 시에는 수축한다. 이러한 충·방전시 반복적으로 발생하는 전극의 큰 체적 변화에 의해 활물질이 서서히 미분화되어 전극으로부터 탈락함으로써 용량이 급격하게 감소하며 이로 인해 안정성, 신뢰성의 확보가 어려워 상용화에 이르지 못하였다.
앞서 언급한 음극 활물질과 비교하여 리튬 금속은 이론 용량이 3,860 mAh/g로 우수하고 표준 환원 전위(Standard Hydrogen Electrode; SHE)도 -3.045 V로 매우 낮아 고용량, 고에너지 밀도 전지의 구현이 가능하기 때문에, 리튬 이차전지의 음극 활물질로 리튬 금속을 사용하는 리튬 금속 전지(Lithium Metal Battery; LMB)에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나 리튬은 알칼리 금속으로서 반응성이 크며, 용융점이 다른 금속에 비하여 낮고 무른 성질이 있어 일반적인 환경에서 전극 제조 공정이 진행되기 어려운 문제가 있다.
이에 전술한 문제를 해결하기 위하여 리튬 금속을 이용한 전극의 제조에 관한 여러 기술이 제안되었다.
일례로, 대한민국 공개특허 제2008-0101725호는 금속호일에 활물질을 포함하는 코팅층이 도포되어 있는 전극을 파이버 펄스형 레이저를 이용하여 절단하는 공정을 통해 리튬 이차전지용 전극을 제조하는 방법을 개시하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제2018-0104389호는 전극 활물질이 도포되어 있는 전극 시트를 금형 또는 커터로 프레스하여 재단하는 이차 전지용 전극의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나, 이들 선행문헌들은 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포된 전극을 위한 것으로 리튬 금속을 이용한 전극 제조에는 부적합하다. 또한, 경박단소화의 이차전지가 요구되고 있는 현재의 산업계 경향에서 소망하는 수준으로 정밀한 전극을 제조하기 어렵다는 단점도 가지고 있다. 따라서, 간단하면서도 효율적인 공정을 통해 리튬 전극을 제조할 수 있는 기술에 대한 개발이 더욱 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제2008-0101725호(2008.11.21), 파이버 펄스형 레이저를 이용한 리튬 이차전지 전극의 제조방법 대한민국 공개특허 제2018-0104389호(2018.09.21), 이차 전지용 전극 제조방법 및 그에 따라 제조된 이차 전지용 전극
이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하고자 다각적으로 연구를 수행한 결과, 레이저를 이용한 리튬 전극 제조 장치에 있어서, 특정 형태의 절단 스테이지를 사용할 경우 전극의 제조 공정성이 향상될 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극의 절단 품질 및 공정성이 우수한 리튬 전극의 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조장치 및 제조방법에 따라 제조된 리튬 전극을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해,
본 발명은 절단 스테이지, 레이저 조사부 및 리튬 금속 필름 공급부를 포함하며,
상기 절단 스테이지의 상부면에는 복수 개의 흡착홀 및 복수 개의 단위전극 패턴홈이 형성된 리튬 전극 제조 장치를 제공한다.
상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈 하나의 면적 대비 0.1 내지 5 %의 면적으로 형성된 것일 수 있다.
상기 흡착홀의 개수는 단위전극 패턴홈 하나당 6 내지 24개일 수 있다.
상기 복수 개의 단위전극 패턴홈은 인접한 단위전극 패턴홈과 1000 내지 5000 ㎛의 간격을 두고 형성된 것일 수 있다.
상기 단위전극 패턴홈 사이의 간격에는 하나 이상의 흡착홀이 더 형성된 것일 수 있다.
상기 절단스테이지는 상기 단위전극 패턴홈의 가장자리로부터 1000 내지 5000 ㎛의 이격 거리에 형성되는 복수 개의 흡착홀을 포함하며, 상기 복수 개의 흡착홀 각각은 서로 5000 내지 10000 ㎛의 간격을 두고 형성된 것일 수 있다.
상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈의 좌측 또는 우측 단부로부터 폭방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하되, 이때 상기 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 좌측 또는 우측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 폭방향 최소 이격거리(Dwmin)는 단위전극 패턴홈의 폭방향 길이의 5 내지 30 %일 수 있다.
상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈의 상측 또는 하측 단부로부터 길이방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하되, 이때 상기 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 상측 또는 하측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)는 단위전극 패턴의 길이방향 길이의 5 내지 30 %일 수 있다.
상기 흡착홀의 단면은 원형, 타원형, 다각형, 선형, 파형 및 지그재그형으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 가질 수 있다.
상기 절단 스테이지는 내부에 상기 복수 개의 흡착홀과 연통되며, 수평방향으로 공기의 흐름을 형성하는 공기흐름유도관을 더 포함할 수 있다.
상기 절단 스테이지는 내부에 상기 공기흐름유도관과 연결되는 공기흡인장치를 더 포함할 수 있다.
상기 리튬 금속 필름 공급부는 리튬 금속 필름을 감고 있는 상태에서 단위 전극의 절단을 위하여 풀어주는 권취롤과 단위 전극이 절단된 상태의 리튬 금속 필름을 감는 권취롤을 포함하는 것일 수 있다.
상기 리튬 전극 제조 장치는 두께가 30 내지 150 ㎛인 리튬 금속 필름을 절단하는 데 사용되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 전극 제조 장치를 이용하여 리튬 금속 필름으로부터 다수의 단위전극을 제조함에 있어서,
리튬 금속 필름을 절단 스테이지 상에 공급하는 단계 및
상기 리튬 금속 필름의 일면에 레이저를 조사하여 단위전극으로 절단하는 단계를 포함하고,
상기 절단 스테이지의 상부면에는 일정 간격으로 배치된 복수 개의 단위전극 패턴홈 및 상기 단위전극 패턴 내부 영역에 형성된 흡착홀을 포함하는 리튬 전극 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조장치 및 제조방법에 의하여 제조된 리튬 전극을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 리튬 전극 제조장치는 특정 형태의 절단 스테이지를 도입함으로써 리튬 금속에 대한 흡착력이 향상되어 전극의 절단 품질이 우수할 뿐만 아니라 버의 발생을 최소화한 정밀한 리튬 전극을 형성할 수 있다. 또한, 다수의 리튬 전극을 손쉽게 제조할 수 있어 대량 생산을 가능케 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전극 제조 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전극 제조 장치에 구비되는 절단 스테이지의 정면 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 단위전극 패턴홈의 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따른 비교예 1의 절단면 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예 1에 따른 실시예 1의 절단면 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 리튬 전극을 육안으로 관찰한 사진이다((a): 비교예 2, (b): 실시예 1).
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
아래 설명과 도면은 당업자가 설명되는 장치와 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명에서 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 발명에서, ‘포함하다’ 또는 ‘가지다’ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 설명의 편의상 방향을 정의하면, 이하에서 ‘수직방향’은 리튬 금속 필름의 진행방향의 진행방향에 수직한 방향을 의미하고, ‘수평방향’은 리튬 금속 필름의 진행방향에 평행한 방향을 의미한다.
리튬 금속 전지는 음극 활물질로 사용되는 리튬 금속이 산화/환원전위(-3.045 V vs 표준수소전극)와 원자량 (6.94g/a.u.)을 낮으면서 에너지 밀도(3,860 mAh/g)가 높기 때문에 소형화 및 경량화가 가능하면서도 고용량, 고에너지 밀도를 확보할 수 있기 때문에 차세대 전지로 주목받고 있다.
일반적으로, 리튬 금속 전지를 비롯한 리튬 이차전지는 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 이를 전지케이스 내부에 장착하고, 전극조립체에 전해질을 주입하여 제조된다. 이때 전극조립체는 전지케이스의 크기 및 형태와 사용되는 분야에서 요구되는 용량에 따라 다양한 크기로 제조되는데 이를 위해서는 전극조립체를 구성하는 전극을 소정의 크기로 재단하는 공정이 필수적이다.
그러나, 전술한 바와 같이 리튬 금속의 경우 물과 폭발적으로 반응하고, 대기 중의 산소와도 쉽게 반응하는 등 화학적 반응성이 높을 뿐만 아니라 연성이 크기 때문에 전극 재단을 위한 공정 조건이 까다로울 뿐만 아니라 제조된 전극의 안정적인 품질 확보가 어렵다.
이를 위해 종래 기술에서는 레이저의 종류 또는 커터의 형태를 달리하는 등의 방법을 사용하였으나 리튬 금속을 포함하는 리튬 전극에 적용에는 한계가 있다.
이에 본 발명에서는 리튬 금속으로부터 다수의 단위전극을 제조함에 있어서, 특정 형태의 절단 스테이지를 도입함으로써 우수한 품질의 리튬 전극을 제조할 수 있는 리튬 전극 제조장치 및 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전극 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전극 제조장치(100)는 절단 스테이지(10), 레이저 조사부(20) 및 리튬 금속 필름 공급부(30)를 포함하며,
상기 절단 스테이지(10)의 상부면에는 복수 개의 흡착홀(12) 및 복수 개의 단위전극 패턴홈(14)이 형성된다.
특히, 본 발명에 있어서, 상기 절단 스테이지(10)는 상부면에 일정 간격으로 배치된 복수 개의 단위전극 패턴홈(14) 및 상기 단위전극 패턴홈(14) 내부 영역에 형성된 흡착홀(12)을 포함한다. 상기 절단 스테이지(10)는 전극 재료의 진행면의 일방 측에 배치되어 있으며 평면시로 직사각형을 나타내고 소정의 두께를 가진다. 상기 절단 스테이지(10)는 금속 재료로 구성된다.
도 2은 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬 전극 제조 장치에 구비되는 절단 스테이지의 정면 사진이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 절단 스테이지(10)는 전극 재료인 리튬 금속 필름을 단위전극 형상으로 절단할 수 있도록 단위전극 형상에 대응한 형상의 슬릿 형태의 단위전극 패턴홈(14)을 복수 개로 포함한다. 특히, 본 발명의 절단 스테이지에서 상기 단위전극 패턴홈은 후술하는 레이저를 통한 절단 공정시 발생하는 반사에 의한 전극 재료 손상을 최소화하기 위해 일정 간격으로 배치된다.
따라서, 복수 개의 단위전극 패턴홈(14)은 인접한 단위전극 패턴홈의 간격이 1000 내지 5000 ㎛, 바람직하게는 2000 내지 4000 ㎛일 수 있다. 상기 절단 스테이지 상에 형성된 단위전극 패턴홈 사이의 간격이 상기 범위에 해당하는 미만인 경우 인접한 단위전극에 손상이 발생할 수 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 벗어나는 경우 전극 재료의 불필요한 소모가 증가하여 생산성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 절단 스테이지는 상기 단위전극 패턴홈의 내부 영역에 흡착홀(12)이 형성되어 있다. 일반적으로 레이저를 이용한 절단 공정 수행시 레이저는 절단 대상의 수직 방향으로 조사되므로, 절단 대상이 절단 스테이지 상에 고정되어 있는 것이 절단 품질 향상에 효과적이다. 따라서, 본 발명에 있어서, 상기 흡착홀은 리튬 금속 필름을 절단 스테이지 상에 고정함으로써 절단 효율을 높이는 역할을 한다.
또한, 도 1을 보면 상기 절단 스테이지(20)는 절단 스테이지의 수직방향으로 관통하는 흡착홀(12)을 포함한다. 상기 흡착홀(12)을 통해 상기 절단 스테이지(10) 상에 배치된 리튬 금속 필름을 흡착함으로써 전극 재료인 리튬 금속 필름이 절단 스테이지 상에 고정되어 절단 공정 진행시에 절단 대상인 리튬 금속 필름의 고저차이를 최소화하여 정밀하게 절단함으로써 절단면에 발생하는 버(burr)를 최소화할 수 있다.
이때 흡착을 위해 상기 절단 스테이지(10)는 내부에 상기 복수 개의 흡착홀(12)과 연통되며, 수평방향으로 공기의 흐름을 형성하는 공기흐름유도관(16)을 더 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 흡착시 공기의 흐름을 수평방향으로 형성함으로써 흡착이 간접적으로 이루어져 무른 특성의 리튬 금속 필름에 손상을 최소화할 수 있다는 면에서 바람직하다.
또한, 상기 절단 스테이지(10)는 전술한 공기 흐름을 유도하기 위해 상기 절단 스테이지(10) 내부에 상기 공기흐름유도관(16)과 연결되는 공기흡인장치(18)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 공기흡인장치(18)는 특별히 한정하지 않으며, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법이 적용될 수 있다. 일례로, 진공 장치를 이용할 수 있다.
상기 흡착홀(12)은 상기 단위전극 패턴홈(14)의 내부 영역에 형성되며, 이때 상기 흡착홀의 형성 면적은 단위전극 패턴홈 하나의 면적 대비 0.1 내지 5 %, 바람직하게는 0.5 내지 1 %일 수 있다. 상기 흡착홀의 형성 면적이 상기 범위 미만인 경우 흡착력이 부족하여 절단 대상을 평형하게 고정시킬 수 없으며 이로 인해 레이저 조사시 손상이 발생하는 문제가 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 단위전극의 형상이 달라져 전지 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 단위전극 패턴 내부 영역에 형성된 흡착홀의 수는 단위전극 패턴홈 하나당 6 내지 24개, 바람직하게는 10 내지 20개일 수 있다.
또한, 상기 흡착홀의 단면은 원형, 타원형, 다각형, 선형, 파형 및 지그재그형으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 형상일 수 있다.
전술한 흡착홀의 형성 면적, 수 및 단면과 더불어 단위전극 패턴홈의 내부 영역에 형성된 흡착홀의 위치는 도 3에 나타낸 바에 따라 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 단위전극 패턴홈(14)의 형상, 즉 단위전극 패턴홈(14) 내부 영역에 형성된 흡착홀(12)의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
상기 흡착홀(12)은 상기 단위전극 패턴홈(14)의 가장자리로부터 1000 내지 5000 ㎛의 이격 거리에 형성되며, 상기 흡착홀(12) 각각은 서로 5000 내지 10000 ㎛의 간격을 두고 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 흡착홀(12)은 상기 단위전극 패턴홈(14)의 외주면인 가장자리로부터 소정 거리로 이격하여 배치할 수 있다. 이러한 이격 배치는 단위전극 패턴홈(14)의 좌측, 우측, 상측 및 하측 중 하나의 위치 이상에서 배치될 수 있으며, 상기 흡착홀(12)의 이러한 이격 배치에 의해 절단 스테이지 상에서 전극 재료인 리튬 금속 필름과의 고정력을 높일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 단위전극 패턴홈(14)의 폭방향의 길이를 W라 하고, 길이방향의 길이를 L이라고 한다.
이때, 상기 흡착홀(12)은 단위전극 패턴홈(14)의 좌측 또는 우측 단부로부터 폭방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하며, 상기 흡착홀의 폭방향 이격거리를 각각 Dw1, Dw2, Dw3, Dw4, Dw5, Dw6라고 할 때, 이중 최소값, 즉 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 좌측 또는 우측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 폭방향 최소 이격거리(Dwmin)는 단위전극 패턴홈의 폭방향 길이(W)의 5 내지 30 %, 바람직하게는 10 내지 20 %일 수 있다.
이와 동일하게, 상기 흡착홀(12)은 단위전극 패턴홈(14)의 상측 또는 하측 단부로부터 길이방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하며, 상기 흡착홀의 길이방향 이격거리를 각각 Dl1, Dl2, Dl3, Dl4라고 할 때, 이중 최소값, 즉 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 상측 또는 하측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)는 단위전극 패턴홈의 길이방향 길이(L)의 5 내지 30 %, 바람직하게는 10 내지 20 %일 수 있다.
상기에서 정의되는 흡착홀의 폭방향 최소 이격거리(Dwmin) 또는 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)는 상기 절단 스테이지 상에서 전극 재료인 리튬 금속 필름과의 흡착이 충분히 일어날 수 있도록 전술한 범위에 해당하는 것이 바람직하다. 만약 흡착홀의 폭방향 최소 이격거리(Dwmin) 또는 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)가 전술한 범위 미만인 경우 흡착홀 간의 간섭으로 인해 절단 대상의 평형 상태가 유지되지 못하는 문제가 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 절단 대상에 대한 고정력이 감소하여 평형 상태를 확보하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 단위전극 패턴홈(14) 사이의 간격에는 하나 이상의 흡착홀(12)이 더 형성될 수 있다.
상기 레이저 조사부(20)는 레이저를 출력하는 것을 목적으로 하는 구성으로, 리튬 금속 필름 전면에 레이저를 조사하기 위한 장치를 포함한다.
상기 레이저는 특별히 한정하지 않으며, 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저는 자외선(UV) 파장 내지 적외선(IR) 파장을 가진 레이저를 이용할 수 있다. 이는 상기 파장범위 내의 레이저인 경우 상기 리튬 금속의 손상을 최소화할 수 있기 때문이다.
상기 레이저는 바람직하게는 UV 레이저, 디스크 레이저, Nd-Yag 레이저 및 파이버 레이저 중에서 선택될 수 있으며, 그 중에서도 디스크 레이저와 파이버 레이저가 더욱 바람직하다.
상기 레이저의 스팟(spot) 사이즈, 속도, 출력 등을 고려하는 것이 필요할 수 있으며, 이는 절단 대상에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 상기 레이저의 스팟 사이즈는 0 내지 100 ㎛일 수 있고, 속도는 10 내지 500 mm/sec일 수 있으며, 출력은 10 내지 200 W일 수 있다.
상기 리튬 금속 필름 공급부(30)는 상기 절단 스테이지(10)로 리튬 금속 필름을 공급하기 위한 구성으로, 리튬 금속 필름을 감고 있는 상태에서 단위 전극의 절단을 위하여 풀어주는 권취롤과 단위 전극이 절단된 상태의 리튬 금속 필름을 감는 권취롤을 포함하는 것일 수 있다.
상기 리튬 금속 필름 공급부(30)는 두께가 30 내지 150 ㎛인 리튬 금속 필름을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 리튬 전극 제조장치를 이용한 리튬 전극의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 일 구현에에 따른 리튬 전극의 제조방법은 리튬 금속 필름을 절단 스테이지 상에 배치하는 단계 및 상기 리튬 금속 필름의 일면에 레이저를 조사하여 단위전극으로 절단하는 단계를 포함하고, 이때 상기 절단 스테이지 상부면에는 일정 간격으로 배치된 복수 개의 단위전극 패턴홈 및 상기 단위전극 패턴 내부 영역에 형성된 흡착홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 일 구현예 따르면, 리튬 금속 필름을 절단 스테이지 상에 배치하는 단계를 포함한다.
상기 리튬 금속 필름은 전극 재료이며, 호일(foil) 또는 시트(sheet) 형태인 것을 사용할 수 있다.
기존 리튬 이차전지용 전극의 경우 알루미늄 또는 구리와 같은 집접체 상에 전극 활물질을 도포하여 만들어지므로 두께가 200 내지 500 ㎛이나, 본 발명에 따른 리튬 전극은 리튬 금속 박막을 포함하므로 두께 면에서 차이가 있다. 구체적으로, 상기 리튬 금속 필름의 두께는 30 내지 150 ㎛, 바람직하게는 45 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 리튬 금속 필름의 두께가 상기 범위 미만인 경우 전지의 성능 및 수명이 저하될 수 있으며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 리튬 전극이 두꺼워져 상용화에 불리할 수 있다.
이어서, 상기 리튬 금속 필름의 일면에 레이저를 조사하여 단위전극으로 절단하는 단계를 포함한다.
이때 레이저 조사 조건은 절단 대상인 리튬 전극의 흡수율과 절단 스테이지의 반사율을 고려하여야 한다.
또한, 상기 레이저 조사시 사용되는 절단 스테이지는 전술한 바와 같이 상부면에 일정 간격으로 배치된 복수 개의 단위전극 패턴홈 및 상기 단위전극 패턴 내부 영역에 형성된 흡착홀을 포함함으로써 리튬 금속 필름의 정밀한 절단을 가능케 하며, 1회의 절단 공정으로 다수의 단위전극을 동시에 생산할 수 있다.
전술한 제조장치 및 제조방법에 의해 제조된 리튬 전극은 절단 품질이 우수할 뿐만 아니라 버(burr)의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 단 1회의 절단 공정으로 희망하는 크기의 전극을 다수 제조할 수 있어 양산 공정에서 최적의 공정 조건으로 수행할 수 있다. 이에 더해서 본 발명에 따른 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차전지의 경우 성능 및 수명 특성이 우수하다.
또한, 본 발명은 전술한 제조장치 및 제조방법으로부터 제조된 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 전해질을 포함하며, 상기 음극으로서 본 발명에 따른 리튬 전극을 포함할 수 있다.
상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 양극 활물질을 포함할 수 있다.
상기 양극 집전체는 양극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 팔라듐, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸 표면에 카본, 니켈, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질과의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 메쉬, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.
상기 양극 활물질은 양극 활물질과 선택적으로 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga; 0.01≤x≤0.3)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta; 0.01≤x≤0.1) 또는 Li2Mn3MO8 (M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2 - xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; LiCoPO4; LiFePO4; 황 원소(Elemental sulfur, S8); Li2Sn(n=1), 유기황 화합물 또는 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n=2) 등의 황 계열 화합물 등을 포함할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 양극 활물질이 황 원소일 경우 황 물질 단독으로는 전기 전도성이 없기 때문에 탄소재와 복합화하여 사용할 수 있다.
상기 도전재는 전해질과 양극 활물질을 전기적으로 연결시켜 주어 집전체(current collector)로부터 전자가 양극 활물질까지 이동하는 경로의 역할을 하는 물질로서, 리튬 이차전지에서 화학변화를 일으키지 않으며, 다공성 및 도전성을 갖는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.
예를 들어 상기 도전재로는 다공성을 갖는 탄소계 물질을 사용할 수 있으며, 이와 같은 탄소계 물질로는 카본 블랙, 그라파이트, 그래핀, 활성탄, 탄소 섬유 등이 있고, 금속 메쉬 등의 금속성 섬유; 구리, 은, 니켈, 알루미늄 등의 금속성 분말; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 유기 도전성 재료가 있다. 상기 도전성 재료들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙 (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. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.
또한, 상기 양극은 바인더를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 바인더는 양극을 구성하는 성분들 간 및 이들과 집전체 간의 결착력을 보다 높이는 것으로, 당해 업계에서 공지된 모든 바인더를 사용할 수 있다.
예를 들어 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함하는 불소 수지계 바인더; 스티렌-부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR), 아크릴로니트릴-부티디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무를 포함하는 고무계 바인더; 카르복시메틸셀룰로우즈(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시 프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오스를 포함하는 셀룰로오스계 바인더; 폴 리 알코올계 바인더; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌를 포함하는 폴리 올레핀계 바인더; 폴리 이미드계 바인더; 폴리 에스테르계 바인더; 및 실란계 바인더;로 이루어진 군으로부터 선택된 1종, 2종 이상의 혼합물 또는 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.
상기 음극은 전술한 바를 따른다,
상기 전해질은 전해질 염을 포함하며, 이를 매개로 양극과 음극에서 전기 화학적인 산화 또는 환원 반응을 일으키기 위한 것이다.
상기 전해질은 리튬 금속과 반응하지 않는 비수 전해액 또는 고체 전해질이 가능하나 바람직하게는 비수 전해질이고, 전해질 염 및 유기 용매를 포함한다.
상기 비수 전해액에 포함되는 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, LiN(SO2F)2, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 리튬 이미드 등이 사용될 수 있다.
상기 비수 전해액에 포함되는 유기 용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 에테르계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에테르계 화합물은 비환형 에테르 및 환형 에테르를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 비환형 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르, 에틸프로필 에테르, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 메톡시에톡시에탄, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 메틸에틸 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 환형 에테르는 1,3-디옥솔란, 4,5-디메틸-디옥솔란, 4,5-디에틸-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 4-에틸-1,3-디옥솔란, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 2,5-디메틸테트라하이드로퓨란, 2,5-디메톡시테트라하이드로퓨란, 2-에톡시테트라하이드로퓨란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 2-비닐-1,3-디옥솔란, 2,2-디메틸-1,3-디옥솔란, 2-메톡시-1,3-디옥솔란, 2-에틸-2-메틸-1,3-디옥솔란, 테트라하이드로파이란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시 벤젠, 1,3-디메톡시 벤젠, 1,4-디메톡시 벤젠, 아이소소바이드 디메틸 에테르(isosorbide dimethyl ether)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
전술한 양극과 음극 사이에는 추가적으로 분리막이 포함될 수 있다. 상기 분리막은 본 발명의 리튬 이차전지에 있어서 양 전극을 물리적으로 분리하기 위한 것으로, 통상 리튬 이자전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다.
상기 분리막은 다공성 기재로 이루어질 수 있는데 상기 다공성 기재는 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylenesulfide) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 상기 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.
상기 다공성 기재에 존재하는 기공의 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.001 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 일반적인 공정인 권취(winding) 이외에도 세퍼레이터와 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 공정이 가능하다.
상기 리튬 이차전지의 형상은 특별히 제한되지 않으며 원통형, 적층형, 코인형 등 다양한 형상으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공한다.
상기 전지모듈은 고온 안정성, 긴 사이클 특성 및 높은 용량 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(electric vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
[실시예 1]
6개의 단위전극 패턴을 포함하며, 각 단위전극 패턴의 내부에 지름이 100 ㎛이 원형상의 흡착홀이 12개 형성되고, 이들 간의 가로 및 세로 간격은 각각 5,000 ㎛ 및 10,000 ㎛이며, 흡착홀의 폭방향 최소 이격거리(Dwmin) 및 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)가 각각 단위전극 패턴홈의 폭방향 및 길이방향 길이의 15%인 절단 스테이지 상에 두께 100 ㎛인 리튬 금속을 배치하였다.
상기 준비된 리튬 금속을 질소 및 아르곤 기체가 상기 절단 스테이지에 대하여 수평방향으로 1L/min의 속도로 통과되며 발생하는 진공을 이용하여 흡착하면서 95 %의 전류량, 주파수는 20 kHz, 속도는 260 mm/s 의 조건으로 레이저를 조사하여 리튬 전극을 제조하였다.
[비교예 1]
흡착홀이 형성되지 않은 단위전극 패턴을 포함하는 절단 스테이지를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극을 제조하였다.
[비교예 2]
흡착 시 질소 및 아르곤 기체의 흐름 방향을 절단 스테이지에 대하여 수직방향으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 전극을 제조하였다.
실험예 1. 리튬 전극 표면 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전극에 대하여 조도측정 장치, 광학 현미경 및 육안을 이용하여 표면 상태를 확인하였다. 이때 얻어진 결과는 도 4 내지 도 6에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 리튬 전극의 경우 목적한 모양으로 절단이 어려웠으며, 리튬 전극의 뒷부분이 절단 스테이지의 반사로 인하여 손상이 발생하였고 전극의 모서리 부분에 버가 상당한 수준으로 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이러한 비교예와 비교하여 도 5를 보면, 실시예 1에서 제조된 리튬 전극은 목적한 모양을 가질 뿐만 아니라 뒷부분의 손상 및 버가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6을 통해 실시예 1에 따른 리튬 전극의 경우 표면 상태가 고른 반면, 비교예 2의 경우, 수직방향으로 흡착함에 따라 최종 제조된 리튬 금속에서 심한 뒤틀림 현상이 발생함을 확인할 수 있었다.
100: 리튬 전극 제조 장치
10: 절단 스테이지
12: 흡착홀
14: 단위전극 패턴홈
16: 공기흐름유도관
18: 공기흡인장치
20: 레이저 조사부
30: 리튬 금속 필름 공급부
50: 리튬 금속 필름

Claims (16)

  1. 절단 스테이지, 레이저 조사부 및 리튬 금속 필름 공급부를 포함하며,
    상기 절단 스테이지의 상부면에는 복수 개의 흡착홀 및 복수 개의 단위전극 패턴홈이 형성된 리튬 전극 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈 하나의 면적 대비 0.1 내지 5 %의 면적으로 형성된 것인, 리튬 전극 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡착홀의 개수는 단위전극 패턴홈 하나당 6 내지 24개인, 리튬 전극 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 단위전극 패턴홈은 인접한 단위전극 패턴홈과 1000 내지 5000 ㎛의 간격을 두고 형성된 것인, 리튬 전극 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단위전극 패턴홈 사이의 간격에는 하나 이상의 흡착홀이 더 형성된, 리튬 전극 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절단스테이지는 상기 단위전극 패턴홈의 가장자리로부터 1000 내지 5000 ㎛의 이격 거리에 형성되는 복수 개의 흡착홀을 포함하며, 상기 복수 개의 흡착홀 각각은 서로 5000 내지 10000 ㎛의 간격을 두고 형성된, 리튬 전극 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈의 좌측 또는 우측 단부로부터 폭방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하되, 이때 상기 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 좌측 또는 우측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 폭방향 최소 이격거리(Dwmin)는 단위전극 패턴홈의 폭방향 길이의 5 내지 30 %인, 리튬 전극 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡착홀은 단위전극 패턴홈의 상측 또는 하측 단부로부터 길이방향으로 소정 거리로 이격하여 배치하되, 이때 상기 흡착홀의 단위전극 패턴홈의 상측 또는 하측 단부로부터 가장 가까이 이격되는 길이방향 최소 이격거리(Dlmin)는 단위전극 패턴의 길이방향 길이의 5 내지 30 %인, 리튬 전극 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡착홀의 단면은 원형, 타원형, 다각형, 선형, 파형 및 지그재그형으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 갖는, 리튬 전극 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절단 스테이지는 내부에 상기 복수 개의 흡착홀과 연통되며, 수평방향으로 공기의 흐름을 형성하는 공기흐름유도관을 더 포함하는, 리튬 전극 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절단 스테이지는 내부에 상기 공기흐름유도관과 연결되는 공기흡인장치를 더 포함하는, 리튬 전극 제조 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 금속 필름 공급부는 리튬 금속 필름을 감고 있는 상태에서 단위 전극의 절단을 위하여 풀어주는 권취롤과 단위 전극이 절단된 상태의 리튬 금속 필름을 감는 권취롤을 포함하는 것인, 리튬 전극 제조 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 전극 제조 장치는 두께가 30 내지 150 ㎛인 리튬 금속 필름을 절단하는 데 사용되는 것인, 리튬 전극 제조 장치.
  14. 제1항에 따른 리튬 전극 제조 장치를 이용하여 리튬 금속 필름으로부터 다수의 단위전극을 제조함에 있어서,
    리튬 금속 필름을 절단 스테이지 상에 공급하는 단계 및
    상기 리튬 금속 필름의 일면에 레이저를 조사하여 단위전극으로 절단하는 단계를 포함하고,
    상기 절단 스테이지의 상부면에는 일정 간격으로 배치된 복수 개의 단위전극 패턴홈 및 상기 단위전극 패턴 내부 영역에 형성된 흡착홀을 포함하는 리튬 전극 제조방법.
  15. 제14항에 따른 방법으로 제조된 리튬 전극.
  16. 제15항에 따른 리튬 전극을 포함하는 리튬 이차전지.
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X701 Decision to grant (after re-examination)