KR20210085283A - 활물질 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 전극 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 이차 전지, 및 활물질 구조체의 제조 방법 - Google Patents

활물질 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 전극 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 이차 전지, 및 활물질 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

활물질 구조체는 제1 방향을 따라 배열되는 상부 활물질 라인들, 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 하부 활물질 라인들, 및 상부 활물질 라인들과 하부 활물질 라인들이 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 서로 중첩하는 영역들에 각각 제공되는 중간 활물질 라인들을 포함하되, 상부 활물질 라인들과 하부 활물질 라인들은 중간 활물질 라인들에 의해 서로 연결된다.

Description

활물질 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 전극 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 이차 전지, 및 활물질 구조체의 제조 방법{ACTIVE MATERIAL STRUCTURE, ELECTRODE STRUCTURE INCLUDING THE SAME, SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME, METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 개시는 활물질 구조체, 전극 구조체, 이차 전지, 및 활물질 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로, 특히 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있다. 최근에는 3차원 구조의 전극을 이용한 고용량의 이차 전지에 대한 연구도 진행되고 있다.
해결하고자 하는 과제는 성능이 개선된 활물질 구조체를 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 성능이 개선된 전극 구조체를 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 성능이 개선된 이차 전지를 제공하는 것에 있다.
해결하고자 하는 과제는 성능이 개선된 활물질 구조체의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
다만, 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
일 측면에 있어서, 제1 방향을 따라 배열되는 상부 활물질 라인들; 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 하부 활물질 라인들; 및 상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 서로 중첩하는 영역들에 각각 제공되는 중간 활물질 라인들;을 포함하되, 상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들은 상기 중간 활물질 라인들에 의해 서로 연결되는 활물질 구조체가 제공될 수 있다.
상기 중간 활물질 라인들의 각각의 상기 제1 방향을 따른 크기 및 상기 제2 방향을 따른 크기는 서로 동일할 수 있다.
상기 중간 활물질 라인들 중 상기 제1 방향을 따라 서로 바로 인접한 한 쌍의 중간 활물질 라인들 사이의 거리는 상기 중간 활물질 라인들 중 상기 제2 방향을 따라 서로 바로 인접한 한 쌍의 중간 활물질 라인들 사이의 거리와 동일할 수 있다.
상기 중간 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 연장할 수 있다.
상기 상부 활물질 라인들은 상기 제2 방향을 따라 연장하고, 상기 하부 활물질 라인들은 상기 제1 방향을 따라 연장할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제1 크기를 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제2 크기를 갖고, 상기 제2 크기는 상기 제1 크기보다 클 수 있다.
상기 상부 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제3 크기를 갖고, 상기 제2 크기는 상기 제3 크기보다 클 수 있다.
상기 제1 크기와 상기 제3 크기는 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고, 상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되, 상기 제1 소결 밀도, 상기 제2 소결 밀도, 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고, 상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되, 상기 제2 소결 밀도는 상기 제1 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도보다 클 수 있다.
상기 제1 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고, 상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되, 상기 제1 소결 밀도는 상기 제2 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도보다 작을 수 있다.
상기 제2 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 제1 활물질을 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 제2 활물질을 갖고, 상기 상부 활물질 라인들은 제3 활물질을 갖되, 상기 제1 활물질, 상기 제2 활물질, 및 상기 제3 활물질은 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들은 제1 활물질을 갖고, 상기 중간 활물질 라인들은 제2 활물질을 갖고, 상기 상부 활물질 라인들은 제3 활물질을 갖되, 상기 제1 활물질, 상기 제2 활물질, 및 상기 제3 활물질 중 적어도 둘은 서로 다를 수 있다.
상기 중간 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함하되, 상기 h 및 상기 k는 1이상의 정수이고, 서로 동일할 수 있다.
상기 하부 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 상부 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 상부 활물질 라인들의 상면들, 상기 상부 활물질 라인들의 바닥면들, 상기 하부 활물질 라인들의 바닥면들, 및 상기 하부 활물질 라인들의 상면들은 (003)면을 포함하되, 상기 (003)면, 상기 (101)면, 및 상기 (hk0)면에 대한 X선 회절 분석값은 이하의 관계식을 따를 수 있다.
(B+C)/A ≥ 2.7
(A: 상기 (003)면의 X선 회절 인텐시티(intensity) 값, B: 상기 (101)면의 X선 회절 인텐시티 값, C: 상기 (hk0)면의 회절 인텐시티 값)
일 측면에 있어서, 하부 활물질 층; 상기 하부 활물질 층 상에 제공된 상부 활물질 층; 상기 하부 활물질 층과 상기 상부 활물질 층 사이에 제공된 중간 활물질 층; 상기 상부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 제1 방향을 따라 연장하는 제1 채널들; 및 상기 하부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 연장하는 제2 채널들;을 포함하되, 상기 제1 채널들과 상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 층 내에서 서로 교차하는 활물질 구조체가 제공될 수 있다.
상기 제1 채널들은 상기 상부 활물질 층의 상면으로부터 상기 하부 활물질 층의 상면으로 연장되어, 상기 하부 활물질 층의 상기 상면을 노출하고, 상기 제2 채널들은 상기 하부 활물질 층의 바닥면으로부터 상기 상부 활물질 층의 바닥면으로 연장되어, 상기 상부 활물질 층의 상기 바닥면을 노출할 수 있다.
상기 제1 채널들은 상기 하부 활물질 층 내로 연장되고, 상기 제1 채널들의 상기 각각에 의해 노출된 상기 하부 활물질 층의 상기 상면과 상기 하부 활물질 층의 최상면은 단차를 가질 수 있다.
상기 제2 채널들은 상기 상부 활물질 층 내로 연장되고, 상기 제2 채널들의 상기 각각에 의해 노출된 상기 상부 활물질 층의 상기 바닥면과 상기 상부 활물질 층의 최하면은 단차를 가질 수 있다.
상기 상부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 교차하는 제3 방향으로 연장하는 제3 채널들;을 더 포함하되, 상기 제3 채널들은 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들과 교차할 수 있다.
상기 제1 채널들 및 상기 제3 채널들은 상기 상부 활물질 층 내에서 교차할 수 있다.
일 측면에 있어서, 집전체 층; 및 상기 집전체 층 상에 제공되는 활물질 구조체;를 포함하되, 상기 활물질 구조체는:상기 집전체 층의 상면에 평행한 제1 방향을 따라 연장하는 제1 채널들; 및 상기 제1 방향과 교차하되, 상기 집전체 층의 상기 상면에 평행한 제2 방향을 따라 연장하는 제2 채널들;을 포함하되, 상기 제1 채널들은 상기 집전체 층의 상면을 노출하고, 상기 제2 채널들은 상기 활물질 구조체의 하부의 상면을 노출하는 전극 구조체가 제공될 수 있다.
상기 활물질 구조체의 상기 하부는: 상기 제1 방향을 따라 연장하는 하부 활물질 라인들;을 포함하되, 상기 하부 활물질 라인들 사이에 상기 제1 채널들이 각각 배치될 수 있다.
상기 제2 채널들은 상기 활물질 구조체의 상부를 관통하고, 상기 제1 채널들은 상기 활물질 구조체의 상기 상부의 바닥면을 노출할 수 있다.
상기 활물질 구조체의 상기 상부는: 상기 제2 방향을 따라 연장하는 상부 활물질 라인들;을 포함하되, 상기 상부 활물질 라인들 사이에 상기 제2 채널들이 각각 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 채널들의 각각은 상기 집전체 층의 상기 상면에 수직한 제3 방향을 따라 상기 활물질 구조체의 두께의 50 % 내지 80 %의 크기를 갖고, 상기 활물질 구조체의 두께는 50 마이크로미터(㎛) 내지 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
상기 제1 및 제2 채널들의 각각의 폭은 0.5 마이크로미터(㎛) 내지 10 마이크로미터(㎛)이고, 상기 제1 채널들 사이의 간격들은 1 마이크로미터(㎛) 내지 500 마이크로미터(㎛)이고, 상기 제2 채널들 사이의 간격들은 1 마이크로미터(㎛) 내지 500 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하되, 상기 집전체 층의 상기 상면에 평행한 제3 방향을 따라 연장하는 제3 채널들;을 더 포함하되, 상기 제3 채널들은 상기 활물질 구조체의 상기 하부의 상기 상면을 노출할 수 있다.
상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 상기 활물질 구조체의 상기 하부 및 상기 활물질 구조체의 상기 상부 사이에서 서로 교차할 수 있다.
일 측면에 있어서, 하부 전극 구조체; 상기 하부 전극 구조체 상에 제공되는 상부 전극 구조체; 및 상기 하부 전극 구조체와 상기 상부 전극 구조체 사이에 제공되는 분리막;을 포함하되, 상기 하부 전극 구조체는: 제1 방향을 따라 배열되는 상부 활물질 라인들; 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 하부 활물질 라인들; 및 상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들이 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 중첩하는 영역들에 각각 제공되는 중간 활물질 라인들;을 포함하고, 상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들은 상기 중간 활물질 라인들에 의해 서로 연결되는 이차 전지가 제공될 수 있다.
상기 하부 전극 구조체는 상기 하부 활물질 라인들을 사이에 두고 상기 중간 활물질 라인들의 반대편에 제공되는 집전체 층;을 더 포함할 수 있다.
상기 상부 활물질 라인들 사이에 각각 제공되는 제1 채널들; 및 상기 하부 활물질 라인들 사이에 각각 제공되는 제2 채널들;을 더 포함하되, 상기 제1 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이로 연장되어, 상기 하부 활물질 라인들의 상면들을 노출하고, 상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이로 연장되어, 상기 상부 활물질 라인들의 바닥면들을 노출하며, 상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이에서 서로 교차할 수 있다.
상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들을 채우는 전해액;을 더 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 활물질 필름을 형성하는 것; 상기 활물질 필름 내에 제1 방향으로 배열된 제1 채널들을 형성하는 것; 상기 활물질 필름 내에 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 배열된 제2 채널들을 형성하는 것; 및 상기 활물질 필름을 소결하는 것;을 포함하되, 상기 제1 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 상면으로부터 제1 깊이까지 리세스된 영역들이고, 상기 제2 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 바닥면으로부터 제2 깊이까지 리세스된 영역들이며, 상기 제1 깊이 및 상기 제2 깊이의 합은 상기 활물질 필름의 두께보다 큰 활물질 구조체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 채널들을 형성하는 것은, 제1 스탬프가 상기 활물질 필름 내에 삽입되도록 상기 제1 스탬프로 상기 활물질 필름의 상기 상면을 누르는 것을 포함하고, 상기 제2 채널들을 형성하는 것은, 제2 스탬프가 상기 활물질 필름 내에 삽입되도록 상기 제2 스탬프로 상기 활물질 필름의 상기 바닥면을 누르는 것을 포함할 수 있다.
상기 활물질 필름을 형성하는 것은: 예비 하부 활물질 층을 형성하는 것; 상기 예비 하부 활물질 층 상에 예비 중간 활물질 층을 형성하는 것; 및 상기 예비 중간 활물질 층 상에 예비 상부 활물질 층을 형성하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 상부 활물질 층의 두께의 합과 동일하고, 상기 제2 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 하부 활물질 층의 두께의 합과 동일할 수 있다.
상기 제1 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 상부 활물질 층의 두께의 합보다 크고, 상기 제2 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 하부 활물질 층의 두께의 합보다 클 수 있다.
상기 소결 공정을 수행하기 전, 상기 활물질 필름 내에 바인더가 제공되고, 상기 소결 공정을 수행하는 동안, 상기 바인더는 상기 활물질 필름으로부터 제거될 수 있다.
상기 활물질 필름 내에 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 배열된 제3 채널들을 형성하는 것;을 더 포함하되, 상기 제3 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 상기 상면으로부터 제3 깊이까지 리세스된 영역들일 수 있다.
본 개시는 높은 구조적인 안정성을 갖는 활물질 구조체를 제공할 수 있다.
본 개시는 높은 에너지 밀도를 갖는 전극 구조체 및 이차 전지를 제공할 수 있다.
본 개시는 높은 구조적인 안정성을 갖는 활물질 구조체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다.
도 2a는 도 1의 I-I'선을 따른 단면도이다.
도 2b는 도 1의 II-II'선을 따른 단면도이다.
도 2c는 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도 2d는 도 1의 IV-IV'선을 따른 단면도이다.
도 2e는 도 1의 V-V'선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 활물질 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4c는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4d는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다.
도 6a는 도 5의 IV-IV'선을 따른 단면도이다.
도 6b는 도 5의 V-V'선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 5 내지 도 6b 따른 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8a는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8b는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8c는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다.
도 10a는 도 9의 IV-IV'선을 따른 단면도이다.
도 10b는 도 9의 V-V'선을 따른 단면도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다.
도 12는 도 11의 활물질 구조체의 분해 사시도이다.
도 13a는 도 11의 활물질 구조체의 I-I'선을 따른 단면도이다.
도 13b는 도 11의 활물질 구조체의 II-II'선을 따른 단면도이다.
도 13c는 도 11의 활물질 구조체의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도 14는 도 11 내지 도 13c에 따른 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15a는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 15b는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 15c는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 전극 구조체의 사시도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "..부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다. 도 2a는 도 1의 I-I'선을 따른 단면도이다. 도 2b는 도 1의 II-II'선을 따른 단면도이다. 도 2c는 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다. 도 2d는 도 1의 IV-IV'선을 따른 단면도이다. 도 2e는 도 1의 V-V'선을 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 2e를 참조하면, 활물질 구조체(11)가 제공될 수 있다. 활물질 구조체(11)는 이차 전지의 양극에 포함되는 양극 활물질 구조체일 수 있다. 활물질 구조체(11)는 하부 활물질 라인들(100), 중간 활물질 라인들(200), 및 상부 활물질 라인들(300)을 포함할 수 있다.
하부 활물질 라인들(100)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다. 하부 활물질 라인들(100)은 제1 방향(DR1)에 교차하는 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 하부 활물질 라인들(100)은 제2 방향(DR2)을 따라 동일한 간격들로 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 하부 활물질 라인들(100)의 제2 방향(DR2)을 따른 크기들은 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
하부 활물질 라인들(100)은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 활물질 라인들(100)은 LCO(LiCoO2), NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCA(Li [Ni,Co,Al]O2), LMO(LiMn2O4) 또는 LFP(LiFePO4)를 포함할 수 있다. 하부 활물질 라인들(100)은 제1 소결 밀도를 가질 수 있다.
상부 활물질 라인들(300)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 상부 활물질 라인들(300)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 상부 활물질 라인들(300)은 제1 방향(DR1)을 따라 동일한 간격들로 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 상부 활물질 라인들(300)의 제1 방향(DR1)을 따른 크기들은 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
상부 활물질 라인들(300)은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상부 활물질 라인들(300)은 하부 활물질 라인들(100)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 활물질 라인들(300)은 LCO(LiCoO2), NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCA(Li [Ni,Co,Al]O2), LMO(LiMn2O4) 또는 LFP(LiFePO4)를 포함할 수 있다. 상부 활물질 라인들(300)은 제1 소결 밀도와 실질적으로 동일한 제2 소결 밀도를 가질 수 있다.
하부 활물질 라인들(100)과 상부 활물질 라인들(300) 사이에 중간 활물질 라인들(200)이 제공될 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)은 상부 활물질 라인들(300)과 하부 활물질 라인들(100)이 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 수직한 제3 방향(DR3)을 따라 서로 중첩하는 영역들에 각각 제공될 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)은 하부 활물질 라인들(100)과 상부 활물질 라인들(300)을 서로 연결할 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)은 제3 방향(DR3)을 따라 연장할 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기는 하부 활물질 라인들(100)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기 및 상부 활물질 라인들(300)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기보다 클 수 있다. 하부 활물질 라인들(100)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기 및 상부 활물질 라인들(300)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기는 서로 동일할 수 있다.
중간 활물질 라인들(200)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 중간 활물질 라인들(200)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)을 따라 동일한 간격들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 중간 활물질 라인들(200)의 각각의 상기 제1 방향(DR1)을 따른 크기 및 제2 방향(DR2)을 따른 크기는 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
중간 활물질 라인들(200)은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)은 하부 활물질 라인들(100) 및 상부 활물질 라인들(300)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 활물질 라인들(300)은 LCO(LiCoO2), NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCA(Li [Ni,Co,Al]O2), LMO(LiMn2O4) 또는 LFP(LiFePO4)를 포함할 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)은 제1 소결 밀도 및 제2 소결 밀도와 실질적으로 동일한 제3 소결 밀도를 가질 수 있다.
하부 활물질 라인들(100), 중간 활물질 라인들(200), 및 상부 활물질 라인들(300)은 단일 구조체일 수 있다. 예를 들어, 하부 활물질 라인들(100)과 중간 활물질 라인들(200)은 그 사이의 경계면없이 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 활물질 라인들(300)과 중간 활물질 라인들(200)은 그 사이의 경계면 없이 서로 연결될 수 있다.
상부 활물질 라인들(300) 사이 및 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(200) 사이에 제1 채널들(CH1)이 제공될 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 상부 활물질 라인들(300) 사이의 영역들 및 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(200) 사이의 영역들을 지칭할 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 상부 활물질 라인들(300)의 상면들로부터 하부 활물질 라인들(100)의 상면들로 연장할 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 상부 활물질 라인들(300)의 측면들, 중간 활물질 라인들(200)의 측면들, 및 하부 활물질 라인들(100)의 상면들을 노출할 수 있다. 제1 채널들(CH1)에 의해 노출되는 중간 활물질 라인들(200)의 측면들은 제1 방향(DR1)에 교차할 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다.
하부 활물질 라인들(100) 사이 및 제2 방향(DR2)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(200) 사이에 제2 채널들(CH2)이 제공될 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 제2 방향(DR2)을 따라 배열된 하부 활물질 라인들(100) 사이의 영역들 및 제2 방향(DR2)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(200) 사이의 영역들을 지칭할 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 하부 활물질 라인들(100)의 바닥면들로부터 상부 활물질 라인들(300)의 바닥면들로 연장할 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 하부 활물질 라인들(100)의 측면들, 중간 활물질 라인들(200)의 측면들, 및 상부 활물질 라인들(300)의 바닥면들을 노출할 수 있다. 제2 채널들(CH2)에 의해 노출되는 중간 활물질 라인들(200)의 측면들은 제2 방향(DR2)에 교차할 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다.
제1 채널들(CH1)과 제2 채널들(CH2)은 하부 활물질 라인들(100)과 상부 활물질 라인들(300) 사이에서 서로 교차할 수 있다. 다시 말해, 제1 채널들(CH1)과 제2 채널들(CH2)은 중간 활물질 라인들(200) 사이에서 서로 교차할 수 있다.
제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)에 의해 노출된 하부 활물질 라인들(100)의 측면들, 중간 활물질 라인들(200)의 측면들, 및 상부 활물질 라인들(300)의 측면들 중 적어도 하나는 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 h 및 상기 k는 서로 동일한 1 이상의 정수일 수 있다.
상부 활물질 라인들(300)의 상면들 및 바닥면들과 하부 활물질 라인들(100)의 상면들 및 바닥면들 중 적어도 하나는 (003)면을 포함할 수 있다.
활물질 구조체(11)의 X선 회절 분석값은 아래의 식을 만족할 수 있다.
(B+C)/A ≥ 2.7
(A: (003)면의 X선 회절 인텐시티(intensity) 값, B: (101)면의 X선 회절 인텐시티 값, C: (hk0)면의 회절 인텐시티 값)
일 실시예에서, 활물질 구조체(11)의 수치는 다음과 같을 수 있다. 활물질 구조체(11)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기는 약 50 마이크로미터(㎛) 내지 약 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2)의 각각의 폭은 약 0.5 마이크로미터(㎛) 내지 약 10 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2)의 각각의 깊이는 활물질 구조체(11)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기의 약 50 % 내지 약 80 %일 수 있다. 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2)의 각각의 깊이는 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2)의 각각의 제3 방향(DR3)을 따른 크기일 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)의 각각의 중심점(CP)과 상기 중심점(CP)에 인접한 두 채널들 사이의 거리들의 합은 채널 거리로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 두 채널들은 서로 바로 인접한 한 쌍의 제1 채널들(CH1), 서로 바로 인접한 한 쌍의 제2 채널들(CH2), 또는 서로 바로 인접한 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2)일 수 있다. 채널 간격은 약 1 마이크로미터(㎛) 내지 약 500 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 채널 간격은 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)의 각각의 연장 방향에 수직한 방향을 따른 크기일 수 있다.
소결 밀도를 갖는 활물질 구조체를 포함하는 이차 전지의 경우, 이차 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해 높은 소결 밀도를 갖는 활물질 구조체가 요구될 수 있다. 소결 밀도를 높이기 위해, 작은 폭을 갖는 채널들이 요구될 수 있다. 활물질 구조체가 일 방향으로 연장하는 채널들만 갖는 경우, 상기 채널들의 폭이 작아짐에 따라 활물질 구조체의 구조적인 안정성이 낮아질 수 있다.
본 개시는 서로 교차하는 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)을 포함하는 활물질 구조체(11)를 제공할 수 있다. 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)에 의해 활물질 구조체(11)의 구조적인 안정성이 개선될 수 있다. 이에 따라, 채널들(CH1, CH2)은 작은 폭을 가질 수 있고, 활물질 구조체(11)의 소결 밀도를 높일 수 있다. 나아가, 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)에 의해, 하부 활물질 라인들(100) 및 상부 활물질 라인들(300)의 측면들이 노출될 수 되어, 하부 활물질 라인들(100) 및 상부 활물질 라인들(300)의 측면들도 이용될 수 있다. 결과적으로, 본 개시는 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있는 활물질 구조체(11)를 제공할 수 있다.
도 3은 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4a는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 4b는 도 4a의 활물질 필름의 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4c는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 4d는 도 3의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 3 내지 도 4a를 참조하면, 활물질 필름(1)이 제공될 수 있다.(S110) 활물질 필름(1)은 균일한 소결 밀도를 가질 수 있다. 활물질 필름(1)은 테이프 캐스팅(tape casting) 방법에 의해 형성될 수 있다. 이하에서, 도 4b를 참조하여, 테이프 캐스팅 방법을 이용한 활물질 필름(1)의 제조 방법이 상세히 설명된다.
도 4b를 참조하면, 활물질 슬러리(1")가 준비될 수 있다. 활물질 슬러리(1")는 활물질 분말, 분산제(dispersing agent), 바인더(binder), 가소제(plasticizer), 용매 등이 혼합되어 형성될 수 있다. 활물질 분말은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, LCO(LiCoO2), NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCA(Li [Ni,Co,Al]O2), LMO(LiMn2O4) 또는 LFP(LiFePO4)을 포함할 수 있다.
활물질 슬러리(1")는 이송 벨트(20) 상에 도포될 수 있다. 예를 들어, 이송 벨트(20)는 일 방향으로 움직이고, 활물질 슬러리(1")는 이동 중인 이송 벨트(20) 상에 제공될 수 있다. 활물질 슬러리(1")는 이송 벨트(20) 상에 균일한 두께로 도포될 수 있다. 예를 들어, 닥터 블레이드(doctor blade)(미도시)는 이송 벨트(20) 상에 도포된 활물질 슬러리(1")의 두께를 균일하게 조절할 수 있다.
이송 벨트(20) 상에 도포된 활물질 슬러리(1")는 건조되어, 대면적인 활물질 필름(1')을 형성할 수 있다. 예를 들어, 활물질 슬러리(1")는 가열 공정에 의해 건조될 수 있다. 대면적 활물질 필름(1') 내에서 활물질 분말들은 바인더에 의해 결합될 수 있다. 대면적 활물질 필름(1')이 절단되어, 도 4a에 도시된 활물질 필름(1)을 형성할 수 있다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 활물질 필름(1)에 제1 스탬핑 공정이 수행되어, 제1 채널들(CH1)을 형성할 수 있다.(S120) 제1 스탬핑 공정은 블레이드(30)가 활물질 필름(1) 내에 삽입되도록 블레이드(30)로 활물질 필름(1)의 상면을 누르는 것을 포함할 수 있다. 블레이드(30)는 제2 방향(DR2)을 따라 연장하도록 정렬된 상태로 활물질 필름(1) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 제1 스탬핑 공정에 의해 활물질 필름(1)이 리세스된 영역을 지칭할 수 있다.
도 3 및 도 4d를 참조하면, 활물질 필름에 제2 스탬핑 공정이 수행되어, 제2 채널들(CH2)을 형성할 수 있다.(S130) 제2 스탬핑 공정은 블레이드(30)가 활물질 필름(1) 내에 삽입되도록 블레이드(30)로 활물질 필름(1)의 바닥면을 누르는 것을 포함할 수 있다. 블레이드(30)는 제1 방향(DR1)을 따라 연장하도록 정렬된 상태로 활물질 필름(1) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제2 채널들(CH2)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 제2 스탬핑 공정에 의해 활물질 필름(1)이 리세스된 영역을 지칭할 수 있다.
제1 스탬핑 공정 수행 시 블레이드(30)의 삽입 깊이와 제2 스탬핑 공정 수행 시 블레이드(30)의 삽입 깊이의 합은 활물질 필름(1)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1)과 제2 채널들(CH2)은 서로 교차하도록 형성될 수 있다.
도 3 및 도 1을 참조하면, 활물질 필름(1)이 소결되어, 활물질 구조체(11)를 형성할 수 있다.(S140)
채널의 폭이 작을 경우, 활물질 필름을 소결할 때 채널이 제거될 수 있다. 본 개시의 활물질 필름(1)은, 소결 시 서로 교차하는 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)을 포함할 수 있다. 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)은 활물질 필름(1)의 구조적인 안정성을 높일 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)이 작은 폭을 갖는 경우에도 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)은 소결 공정에 의해 제거되지 않고 남을 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다. 도 6a는 도 5의 IV-IV'선을 따른 단면도이다. 도 6b는 도 5의 V-V'선을 따른 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 활물질 구조체(12)가 제공될 수 있다. 활물질 구조체(12)는 이차 전지의 양극에 포함되는 양극 활물질 구조체일 수 있다. 활물질 구조체(12)는 하부 활물질 라인들(102), 중간 활물질 라인들(302), 및 상부 활물질 라인들(302)을 포함할 수 있다.
하부 활물질 라인들(102), 중간 활물질 라인들(302), 및 상부 활물질 라인들(302)은 복층 구조를 가질 수 있다. 하부 활물질 라인들(102)과 중간 활물질 라인들(202) 사이에 경계면이 제공될 수 있다. 하부 활물질 라인들(102)과 중간 활물질 라인들(202) 사이의 경계면은 제1 채널들(CH1)에 의해 노출된 하부 활물질 라인들(102)의 상면들과 공면을 이룰 수 있다. 예를 들어, 하부 활물질 라인들(102)과 중간 활물질 라인들(202) 사이의 경계면은 제1 채널들(CH1)에 의해 노출된 하부 활물질 라인들(102)의 상면들과 동일한 준위에 위치될 수 있다. 상부 활물질 라인들(302)과 중간 활물질 라인들(202) 사이에 경계면이 제공될 수 있다. 상부 활물질 라인들(302)과 중간 활물질 라인들(202) 사이의 경계면은 제2 채널들(CH2)에 의해 노출된 상부 활물질 라인들(302)의 바닥면들과 공면을 이룰 수 있다. 예를 들어, 상부 활물질 라인들(302)과 중간 활물질 라인들(202) 사이의 경계면은 제2 채널들(CH2)에 의해 노출된 상부 활물질 라인들(302)의 상면들과 동일한 준위에 위치될 수 있다.
하부 활물질 라인들(102), 중간 활물질 라인들(302), 및 상부 활물질 라인들(302)은 각각 제1 소결 밀도, 제2 소결 밀도, 및 제3 소결 밀도를 가질 수 있다. 제1 소결 밀도는 제2 소결 밀도보다 작을 수 있다. 제3 소결 밀도는 제2 소결 밀도보다 작거나, 제2 소결 밀도와 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 소결 밀도가 제2 소결 밀도보다 작을 경우, 예를 들어, 제3 소결 밀도는 제1 소결 밀도와 실질적으로 동일할 수 있다.
하부 활물질 라인들(102), 중간 활물질 라인들(302), 및 상부 활물질 라인들(302)은 각각 제1 활물질, 제2 활물질, 및 제3 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 활물질, 제2 활물질, 및 제3 활물질의 각각은 LCO(LiCoO2), NCM(Li[Ni,Co,Mn]O2), NCA(Li [Ni,Co,Al]O2), LMO(LiMn2O4) 또는 LFP(LiFePO4) 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 활물질, 제2 활물질, 및 제3 활물질은 서로 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 활물질, 제2 활물질, 및 제3 활물질 중 적어도 둘은 서로 다를 수 있다.
본 개시의 활물질 구조체(12)는 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)을 통해 높은 구조적인 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있는 활물질 구조체(12)가 제공될 수 있다.
도 7은 도 5 내지 도 6b 따른 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8a는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 8b는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 8c는 도 7의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 3 내지 도 4d 및 도 5 내지 도 6b를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 7 및 도 8a를 참조하면, 예비 하부 활물질 층(102'), 예비 중간 활물질 층(202'), 및 예비 상부 활물질 층(302')을 포함하는 활물질 필름(2)이 형성될 수 있다.(S210) 일 예에서, 활물질 필름(2)은 도 4b를 참조하여 설명된 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 예비 하부 활물질 층(102') 상에 예비 중간 활물질 층(202') 및 예비 상부 활물질 층(302')을 차례로 형성하는 것에 의해 형성될 수 있다. 다른 예에서, 활물질 필름(2)은 별개의 공정들로 형성된 예비 하부 활물질 층(102'), 예비 중간 활물질 층(202'), 및 예비 상부 활물질 층(302')을 라미네이션(lamination)하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 하부 활물질 층(102'), 예비 중간 활물질 층(202'), 및 예비 상부 활물질 층(302')은 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 각각 형성될 수 있다.
도 7 및 도 8b를 참조하면, 활물질 필름(2)에 도 3 및 도 4c를 참조하여 설명된 제1 스탬핑 공정이 수행되어, 제1 채널들(CH1)을 형성할 수 있다.(S220) 블레이드(30)는 예비 하부 활물질 층(102')의 상면에 접할때까지 활물질 필름(2) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1)은 예비 하부 활물질 층(102')의 상면을 노출할 수 있다.
도 7 및 도 8c를 참조하면, 활물질 필름(2)에 도 3 및 도 4c를 참조하여 설명된 제2 스탬핑 공정이 수행되어, 제2 채널들(CH2)을 형성할 수 있다.(S230) 블레이드(30)는 예비 상부 활물질 층(302')의 바닥면에 접할때까지 활물질 필름(2) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제2 채널들(CH2)은 예비 상부 활물질 층(302')의 바닥면을 노출할 수 있다.
도 7 및 도 5를 참조하면, 활물질 필름(2)이 소결되어, 활물질 구조체(12)를 형성할 수 있다.(S240)
본 개시의 활물질 필름(2)은, 소결 시 서로 교차하는 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)을 포함하여, 높은 구조적인 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)이 작은 폭을 갖는 경우에도 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)은 소결 공정에 의해 제거되지 않고 남을 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다. 도 10a는 도 9의 IV-IV'선을 따른 단면도이다. 도 10b는 도 9의 V-V'선을 따른 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e 및 도 5 내지 도 6b를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 9 내지 도 10b를 참조하면, 활물질 구조체(13)가 제공될 수 있다. 활물질 구조체(13)는 이차 전지의 양극에 포함되는 양극 활물질 구조체일 수 있다. 활물질 구조체(13)는 하부 활물질 라인들(104), 중간 활물질 라인들(204), 및 상부 활물질 라인들(304)을 포함할 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 제3 방향(DR3)을 따라 연장되어, 하부 활물질 라인들(104)의 상부들을 리세스할 수 있다. 제1 채널들(CH1)에 의해 노출되는 하부 활물질 라인들(104)의 상면들(104t)과 하부 활물질 라인들(104)의 최상면들(104tm)은 단차를 가질 수 있다. 제1 채널들(CH1)에 의해 노출되는 하부 활물질 라인들(104)의 상면들(104t)은 하부 활물질 라인들(104)의 최상면들(104tm)보다 낮은 준위에 위치할 수 있다. 제1 채널들(CH1)에 의해 노출되는 하부 활물질 라인들(104)의 상면들(104t)과 하부 활물질 라인들(104)의 바닥면들 사이의 거리는 하부 활물질 라인들(104)의 최상면들(104tm)과 하부 활물질 라인들(104)의 바닥면들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
제2 채널들(CH2)은 제3 방향(DR3)을 따라 연장되어, 상부 활물질 라인들(304)의 하부들을 리세스할 수 있다. 제2 채널들(CH2)에 의해 노출되는 상부 활물질 라인들(304)의 바닥면들(304b)과 상부 활물질 라인들(304)의 최하면들(304bm)은 단차를 가질 수 있다. 제2 채널들(CH2)에 의해 노출되는 상부 활물질 라인들(304)의 바닥면들(304b)은 상부 활물질 라인들(304)의 최하면들(304bm)보다 높은 준위에 위치할 수 있다. 제2 채널들(CH2)에 의해 노출되는 상부 활물질 라인들(304)의 바닥면들(304b)과 상부 활물질 라인들(304)의 상면들 사이의 거리는 상부 활물질 라인들(304)의 최하면들(304bm)과 상부 활물질 라인들(304)의 상면들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
본 개시의 활물질 구조체(13)는 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)을 통해 높은 구조적인 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있는 활물질 구조체(13)가 제공될 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 활물질 구조체의 사시도이다. 도 12는 도 11의 활물질 구조체의 분해 사시도이다. 도 13a는 도 11의 활물질 구조체의 I-I'선을 따른 단면도이다. 도 13b는 도 11의 활물질 구조체의 II-II'선을 따른 단면도이다. 도 13c는 도 11의 활물질 구조체의 III-III'선을 따른 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e 및 도 5 내지 도 6b를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 11 내지 도 13c를 참조하면, 활물질 구조체(14)가 제공될 수 있다. 활물질 구조체(14)는 이차 전지의 양극에 포함되는 양극 활물질 구조체일 수 있다. 활물질 구조체(14)는 하부 활물질 라인들(106), 중간 활물질 라인들(206), 및 상부 활물질 라인들(306)을 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 6b를 참조하여 설명된 것과 달리, 상부 활물질 라인들(306)은 제4 방향(DR4) 및 제5 방향(DR5)을 따라 배열될 수 있다. 제4 방향(DR4) 및 제5 방향(DR5)의 각각은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 교차하고, 제3 방향(DR3)에 수직할 수 있다. 상부 활물질 라인들(306)은 제3 방향(DR3)으로 연장할 수 있다.
제5 방향(DR5)을 따라 배열된 상부 활물질 라인들(306) 사이에 제1 채널들(CH1)이 각각 제공될 수 있다. 제4 방향(DR4)을 따라 배열된 상부 활물질 라인들(306) 사이에 제2 채널들(CH2)이 각각 제공될 수 있다. 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)은 중간 활물질 라인들(206) 사이로 연장할 수 있다. 제1 채널들(CH1)은 제5 방향(DR5)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(206) 사이에 제공되어, 하부 활물질 라인들(106)의 상면들을 노출할 수 있다. 제2 채널들(CH2)은 제4 방향(DR4)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(206) 사이에 제공되어, 하부 활물질 라인들(106)의 상면들을 노출할 수 있다. 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)은 상부 활물질 라인들(306) 사이 및 중간 활물질 라인들(206) 사이에서 서로 교차할 수 있다.
하부 활물질 라인들(106) 사이에 제3 채널들(CH3)이 각각 제공될 수 있다. 하부 활물질 라인들(106) 및 제3 채널들(CH3)은 도 5 내지 도 6b를 참조하여 설명된 하부 활물질 제2 채널들(CH2)과 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 채널들(CH3)은 중간 활물질 라인들(206) 사이로 연장할 수 있다. 제3 채널들(CH3)은 제2 방향(DR2)을 따라 배열된 중간 활물질 라인들(206) 사이에 제공되어, 상부 활물질 라인들(306)의 상면들을 노출할 수 있다.
제1 채널들(CH1), 제2 채널들(CH2), 및 제3 채널들(CH3)은 중간 활물질 라인들(206) 사이에서 서로 교차할 수 있다.
일 실시예에서, 활물질 구조체(11)의 수치는 다음과 같을 수 있다. 활물질 구조체(14)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기는 약 50 마이크로미터(㎛) 내지 약 1000 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)의 각각의 폭은 약 0.5 마이크로미터(㎛) 내지 약 10 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)의 각각의 깊이는 활물질 구조체(14)의 제3 방향(DR3)을 따른 크기의 약 50 % 내지 약 80 %일 수 있다. 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)의 각각의 깊이는 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)의 각각의 제3 방향(DR3)을 따른 크기일 수 있다. 중간 활물질 라인들(200)의 각각의 중심점(CP)과 상기 중심점(CP)에 인접한 세 채널들 사이의 거리들의 합은 채널 거리로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 두 채널들은 서로 바로 인접한 제1 채널(CH1) 및 제2 채널(CH2), 서로 바로 인접한 제1 채널(CH1) 및 제3 채널(CH3), 또는 서로 바로 인접한 제3 채널(CH3) 및 제2 채널(CH2)일 수 있다. 채널 간격은 약 1 마이크로미터(㎛) 내지 약 500 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 채널 간격은 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)의 각각의 연장 방향에 수직한 방향을 따른 크기일 수 있다.
본 개시의 활물질 구조체(14)는 제1 내지 제3 채널들(CH1, CH2, CH3)을 통해 높은 구조적인 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있는 활물질 구조체(14)가 제공될 수 있다.
도 14는 도 11 내지 도 13c에 따른 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 15a는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 15b는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 15c는 도 14의 활물질 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 3 내지 도 4d 및 도 11 내지 도 13c를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 14를 참조하면, 예비 하부 활물질 층(106'), 예비 중간 활물질 층(206'), 및 예비 상부 활물질 층(306')을 포함하는 활물질 필름(3)이 형성될 수 있다.(S310) 일 예에서, 활물질 필름(3)은 도 4b를 참조하여 설명된 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 예비 하부 활물질 층(106') 상에 예비 중간 활물질 층(206') 및 예비 상부 활물질 층(306')을 차례로 형성하는 것에 의해 형성될 수 있다. 다른 예에서, 활물질 필름(3)은 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 예비 하부 활물질 층(106'), 예비 중간 활물질 층(206'), 및 예비 상부 활물질 층(306')을 각각 형성하는 것 및 상기 예비 하부 활물질 층(106'), 예비 중간 활물질 층(206'), 및 예비 상부 활물질 층(306')을 라미네이션(lamiation)하는 것에 의해 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15a를 참조하면, 활물질 필름(3)에 제1 스탬핑 공정이 수행되어, 제1 채널들(CH1)을 형성할 수 있다.(S320) 블레이드(30)의 정렬 방향을 제외하면, 상기 제1 스탬핑 공정은 도 3 및 도 4c를 참조하여 설명된 제1 스탬핑 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 3 및 도 4c에 도시된 것과 달리, 블레이드(30)는 제4 방향(DR4)에 평행하도록 정렬될 수 있다. 블레이드(30)는 예비 하부 활물질 층(106')의 상면에 접할때까지 활물질 필름(3) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1)은 예비 하부 활물질 층(106')의 상면을 노출하도록 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15b를 참조하면, 활물질 필름(3)에 제2 스탬핑 공정이 수행되어, 제2 채널들(CH2)을 형성할 수 있다.(S330) 블레이드(30)의 정렬 방향을 제외하면, 상기 제2 스탬핑 공정은도 3 및 도 4c를 참조하여 설명된 제1 스탬핑 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 3 및 도 4c에 도시된 것과 달리, 블레이드(30)는 제5 방향(DR5)에 평행하도록 정렬될 수 있다. 블레이드(30)는 예비 하부 활물질 층(106')의 상면에 접할때까지 활물질 필름(3) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제2 채널들(CH2)은 예비 하부 활물질 층(106')의 상면을 노출하도록 형성될 수 있다. 제1 채널들(CH1)과 제2 채널들(CH2)은 예비 상부 활물질 층(306')과 예비 중간 활물질 층(206')에서 서로 교차하도록 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15c를 참조하면, 활물질 필름(3)에 제3 스탬핑 공정이 수행되어, 제3 채널들(CH3)을 형성할 수 있다.(S340) 제3 스탬핑 공정은 도 3 및 도 4d를 참조하여 설명된 제2 스탬핑 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 블레이드(30)는 제1 방향(DR1)에 평행하도록 정렬될 수 있다. 블레이드(30)는 예비 상부 활물질 층(306')의 바닥면에 접할때까지 활물질 필름(3) 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 제3 채널들(CH3)은 예비 상부 활물질 층(306')의 바닥면을 노출할 수 있다.
도 14 및 도 11을 참조하면, 활물질 필름(3)이 소결되어, 활물질 구조체(14)를 형성할 수 있다.(S350)
본 개시의 활물질 필름(3)은, 소결 시 서로 교차하는 제1 채널들(CH1) 및 제2 채널들(CH2)을 포함하여, 높은 구조적인 안정성을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 채널들(CH1), 제2 채널들(CH2), 및 제3 채널들(CH3)이 작은 폭을 갖는 경우에도 제1 내지 채널들(CH1, CH2, CH3)은 소결 공정에 의해 제거되지 않고 남을 수 있다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 전극 구조체의 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 16을 참조하면, 전극 구조체(40)가 제공될 수 있다. 전극 구조체(40)는 이차 전지의 양극 구조체일 수 있다. 전극 구조체(40)는 집전체 층(400) 및 상기 집전체 층(400) 상에 제공되는 활물질 구조체(10)를 포함할 수 있다. 활물질 구조체(10)는 하부 활물질 라인들(100), 중간 활물질 라인들(200), 및 상부 활물질 라인들(300)을 포함할 수 있다. 활물질 구조체(10)는 도 1 내지 도 2e를 참조하여 설명된 활물질 구조체(도 1 내지 도 2e의 11)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 이는 한정적인 것이 아니다. 다른 예에서, 활물질 구조체(10)는 전술한 활물질 구조체들(12, 13, 14) 중 어느 하나와 실질적으로 동일할 수 있다.
집전체 층(400)은 하부 활물질 라인들(100)의 바닥면들 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 집전체 층(400)은 하부 활물질 라인들(100)의 바닥면들에 직접 접할 수 있다. 집전체 층(400)의 상면은 제2 채널들(CH2)에 의해 노출될 수 있다. 집전체 층(400)의 상면은 제2 채널들(CH2)을 사이에 두고 상부 활물질 라인들(300)의 바닥면들과 서로 마주할 수 있다.
집전체 층(400)은 양극 집전체 물질을 포함할 수 있다. 집전체 층(400)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 집전체 층(400)은 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 저마늄(Ge), 인듐(In), 및 납(Pd) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 전극 구조체(40)는 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)을 통해 높은 구조적인 안정성을 갖는 활물질 구조체(10)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지를 제공할 수 있는 전극 구조체(40)가 제공될 수 있다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 개념도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1 내지 도 2e 및 도 16을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 17을 참조하면, 이차 전지(1000)가 제공될 수 있다. 이차 전지(1000)는 한 쌍의 서브 이차 전지들(1510, 1520)을 포함할 수 있다. 다만, 이는 한정적인 것이 아니다. 다른 예에서, 이차 전지(1000)는 하나의 서브 이차 전지 또는 셋 이상의 서브 이차 전지들을 포함할 수 있다.
한 쌍의 서브 이차 전지들(1510, 1520)은 하부 전극 구조체들(1110, 1120), 상부 전극 구조체들(1210, 1220), 및 분리막들(1310, 1320)을 포함할 수 있다. 하부 전극 구조체들(1110, 1120)의 각각은 양극 구조체일 수 있다. 상부 전극 구조체들(1210, 1220)의 각각은 음극 구조체일 수 있다.
하부 전극 구조체들(1110, 1120)의 각각은 전술한 실시예들에 기재된 활물질 구조체들(11, 12, 13, 14) 중 어느 하나를 포함하는 전극 구조체일 수 있다. 예를 들어, 하부 전극 구조체들(1110, 1120)의 각각은 도 16을 참조하여 설명된 전극 구조체(도 16의 30)와 실질적으로 동일할 수 있다.
상부 전극 구조체들(1210, 1220))은 하부 전극 구조체들(1110, 1210)과 이격되도록 제공될 수 있다. 상부 전극 구조체들(1210, 1220)의 각각은 음극 집전체 층(미도시) 및 음극 활물질 구조체(미도시)을 포함할 수 있다.
음극 집전체 층은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음극 집전체 층은 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 및 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
음극 활물질 구조체는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질 구조체는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 전이 금속 산화물 등을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 음극 활물질 구조체는 바인더, 도전재 및/또는 증점제 등을 더 포함할 수도 있다. 음극 활물질 구조체는 기공들을 포함할 수 있다.
하부 전극 구조체들(1110, 1120)과 상부 전극 구조체들(1210, 1220) 사이에 분리막들(1310, 1320)이 각각 제공될 수 있다. 분리막들(1310, 1320)은 하부 전극 구조체들(1110, 1120)과 상부 전극 구조체들(1210, 1220)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공할 수 있다. 분리막들(1310, 1320)은 전해질의 이온 이동에 대하여 낮은 저항을 갖고, 우수한 전해액 함습 능력을 가질 수 있다. 예를 들면, 분리막들(1310, 1320)은 유리 섬유, 폴리에스테르, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene,PP), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리막들(1310, 1320)은 부직포 또는 직포 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 분리막들(1310, 1320)은 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅막으로 코팅되어, 우수한 내열성 또는 기계적 강도를 가질 수 있다. 분리막(1310)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
하우징(미도시)이 하부 전극 구조체들(1110, 1120), 상부 전극 구조체들(1210, 1220), 및 분리막들(1310, 1320)을 둘러쌀 수 있다. 하우징은 필요에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
하우징 내에 전해액(미도시)이 제공될 수 있다. 이에 따라, 하부 전극 구조체들(1110, 1120)의 활물질 구조체들 내의 채널들은 전해액으로 채워질 수 있다. 상부 전극 구조체들(1210, 1220)의 음극 활물질 구조체들 내의 기공들은 전해액으로 채워질 수 있다.
본 개시의 이차 전지(1000)는 제1 및 제2 채널들(CH1, CH2)을 통해 높은 구조적인 안정성을 갖는 활물질 구조체를 포함하는 하부 전극 구조체들(1110, 1120)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도를 갖는 이차 전지(1000)가 제공될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
11, 12, 13, 14: 활물질 구조체 40: 전극 구조체
100, 102, 104, 106: 하부 활물질 라인
200, 202, 204, 206: 중간 활물질 라인
300, 302, 304, 306: 상부 활물질 라인 400: 집전체 층
CH1, CH2, CH3: 채널
1000: 이차 전지

Claims (44)

  1. 제1 방향을 따라 배열되는 상부 활물질 라인들;
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 하부 활물질 라인들; 및
    상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들이 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 서로 중첩하는 영역들에 각각 제공되는 중간 활물질 라인들;을 포함하되,
    상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들은 상기 중간 활물질 라인들에 의해 서로 연결되는 활물질 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 활물질 라인들의 각각의 상기 제1 방향을 따른 크기 및 상기 제2 방향을 따른 크기는 서로 동일한 활물질 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 활물질 라인들 중 상기 제1 방향을 따라 서로 바로 인접한 한 쌍의 중간 활물질 라인들 사이의 거리는 상기 중간 활물질 라인들 중 상기 제2 방향을 따라 서로 바로 인접한 한 쌍의 중간 활물질 라인들 사이의 거리와 동일한 활물질 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 연장하는 활물질 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 라인들은 상기 제2 방향을 따라 연장하고,
    상기 하부 활물질 라인들은 상기 제1 방향을 따라 연장하는 활물질 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제1 크기를 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제2 크기를 갖고,
    상기 제2 크기는 상기 제1 크기보다 큰 활물질 구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 라인들은 상기 제3 방향을 따라 제3 크기를 갖고,
    상기 제2 크기는 상기 제3 크기보다 큰 활물질 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 크기와 상기 제3 크기는 서로 동일한 활물질 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고,
    상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되,
    상기 제1 소결 밀도, 상기 제2 소결 밀도, 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일한 활물질 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고,
    상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되,
    상기 제2 소결 밀도는 상기 제1 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도보다 큰 활물질 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일한 활물질 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 제1 소결 밀도를 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 제2 소결 밀도를 갖고,
    상기 상부 활물질 라인들은 제3 소결 밀도를 갖되,
    상기 제1 소결 밀도는 상기 제2 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도보다 작은 활물질 구조체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 소결 밀도 및 상기 제3 소결 밀도는 서로 동일한 활물질 구조체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 제1 활물질을 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 제2 활물질을 갖고,
    상기 상부 활물질 라인들은 제3 활물질을 갖되,
    상기 제1 활물질, 상기 제2 활물질, 및 상기 제3 활물질은 서로 동일한 활물질 구조체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들은 제1 활물질을 갖고,
    상기 중간 활물질 라인들은 제2 활물질을 갖고,
    상기 상부 활물질 라인들은 제3 활물질을 갖되,
    상기 제1 활물질, 상기 제2 활물질, 및 상기 제3 활물질 중 적어도 둘은 서로 다른 활물질 구조체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함하되,
    상기 h 및 상기 k는 1이상의 정수이고, 서로 동일한 활물질 구조체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하부 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함하는 활물질 구조체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 라인들의 측면들은 (101)면 및 (hk0)면 중 적어도 하나를 포함하는 활물질 구조체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 라인들의 상면들, 상기 상부 활물질 라인들의 바닥면들, 상기 하부 활물질 라인들의 바닥면들, 및 상기 하부 활물질 라인들의 상면들은 (003)면을 포함하되,
    상기 (003)면, 상기 (101)면, 및 상기 (hk0)면에 대한 X선 회절 분석값은 이하의 관계식을 따르는 활물질 구조체.

    (B+C)/A ≥ 2.7

    (A: 상기 (003)면의 X선 회절 인텐시티(intensity) 값, B: 상기 (101)면의 X선 회절 인텐시티 값, C: 상기 (hk0)면의 회절 인텐시티 값)
  20. 하부 활물질 층;
    상기 하부 활물질 층 상에 제공된 상부 활물질 층;
    상기 하부 활물질 층과 상기 상부 활물질 층 사이에 제공된 중간 활물질 층;
    상기 상부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 제1 방향을 따라 연장하는 제1 채널들; 및
    상기 하부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 연장하는 제2 채널들;을 포함하되,
    상기 제1 채널들과 상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 층 내에서 서로 교차하는 활물질 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 채널들은 상기 상부 활물질 층의 상면으로부터 상기 하부 활물질 층의 상면으로 연장되어, 상기 하부 활물질 층의 상기 상면을 노출하고,
    상기 제2 채널들은 상기 하부 활물질 층의 바닥면으로부터 상기 상부 활물질 층의 바닥면으로 연장되어, 상기 상부 활물질 층의 상기 바닥면을 노출하는 활물질 구조체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 채널들은 상기 하부 활물질 층 내로 연장되고,
    상기 제1 채널들의 상기 각각에 의해 노출된 상기 하부 활물질 층의 상기 상면과 상기 하부 활물질 층의 최상면은 단차를 갖는 활물질 구조체.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제2 채널들은 상기 상부 활물질 층 내로 연장되고,
    상기 제2 채널들의 상기 각각에 의해 노출된 상기 상부 활물질 층의 상기 바닥면과 상기 상부 활물질 층의 최하면은 단차를 갖는 활물질 구조체.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 층과 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 교차하는 제3 방향으로 연장하는 제3 채널들;을 더 포함하되,
    상기 제3 채널들은 상기 중간 활물질 층 내에서 상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들과 교차하는 활물질 구조체.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1 채널들 및 상기 제3 채널들은 상기 상부 활물질 층 내에서 교차하는 활물질 구조체.
  26. 집전체 층; 및
    상기 집전체 층 상에 제공되는 활물질 구조체;를 포함하되,
    상기 활물질 구조체는:상기 집전체 층의 상면에 평행한 제1 방향을 따라 연장하는 제1 채널들; 및
    상기 제1 방향과 교차하되, 상기 집전체 층의 상기 상면에 평행한 제2 방향을 따라 연장하는 제2 채널들;을 포함하되,
    상기 제1 채널들은 상기 집전체 층의 상면을 노출하고,
    상기 제2 채널들은 상기 활물질 구조체의 하부의 상면을 노출하는 전극 구조체.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 활물질 구조체의 상기 하부는:
    상기 제1 방향을 따라 연장하는 하부 활물질 라인들;을 포함하되,
    상기 하부 활물질 라인들 사이에 상기 제1 채널들이 각각 배치되는 전극 구조체.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제2 채널들은 상기 활물질 구조체의 상부를 관통하고,
    상기 제1 채널들은 상기 활물질 구조체의 상기 상부의 바닥면을 노출하는 전극 구조체.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 활물질 구조체의 상기 상부는:
    상기 제2 방향을 따라 연장하는 상부 활물질 라인들;을 포함하되,
    상기 상부 활물질 라인들 사이에 상기 제2 채널들이 각각 배치되는 전극 구조체.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 채널들의 각각은 상기 집전체 층의 상기 상면에 수직한 제3 방향을 따라 상기 활물질 구조체의 두께의 50 % 내지 80 %의 크기를 갖고,
    상기 활물질 구조체의 두께는 50 마이크로미터(㎛) 내지 1000 마이크로미터(㎛)인 전극 구조체.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 채널들의 각각의 폭은 0.5 마이크로미터(㎛) 내지 10 마이크로미터(㎛)이고,
    상기 제1 채널들 사이의 간격들은 1 마이크로미터(㎛) 내지 500 마이크로미터(㎛)이고,
    상기 제2 채널들 사이의 간격들은 1 마이크로미터(㎛) 내지 500 마이크로미터(㎛)인 전극 구조체.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하되, 상기 집전체 층의 상기 상면에 평행한 제3 방향을 따라 연장하는 제3 채널들;을 더 포함하되,
    상기 제3 채널들은 상기 활물질 구조체의 상기 하부의 상기 상면을 노출하는 전극 구조체.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 상기 활물질 구조체의 상기 하부 및 상기 활물질 구조체의 상기 상부 사이에서 서로 교차하는 전극 구조체.
  34. 하부 전극 구조체;
    상기 하부 전극 구조체 상에 제공되는 상부 전극 구조체; 및
    상기 하부 전극 구조체와 상기 상부 전극 구조체 사이에 제공되는 분리막;을 포함하되,
    상기 하부 전극 구조체는:
    제1 방향을 따라 배열되는 상부 활물질 라인들;
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 하부 활물질 라인들; 및
    상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들이 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 중첩하는 영역들에 각각 제공되는 중간 활물질 라인들;을 포함하고,
    상기 상부 활물질 라인들과 상기 하부 활물질 라인들은 상기 중간 활물질 라인들에 의해 서로 연결되는 이차 전지.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 하부 전극 구조체는 상기 하부 활물질 라인들을 사이에 두고 상기 중간 활물질 라인들의 반대편에 제공되는 집전체 층;을 더 포함하는 이차 전지.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 상부 활물질 라인들 사이에 각각 제공되는 제1 채널들; 및
    상기 하부 활물질 라인들 사이에 각각 제공되는 제2 채널들;을 더 포함하되,
    상기 제1 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이로 연장되어, 상기 하부 활물질 라인들의 상면들을 노출하고,
    상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이로 연장되어, 상기 상부 활물질 라인들의 바닥면들을 노출하며,
    상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들은 상기 중간 활물질 라인들 사이에서 서로 교차하는 이차 전지.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들을 채우는 전해액;을 더 포함하는 이차 전지.
  38. 활물질 필름을 형성하는 것;
    상기 활물질 필름 내에 제1 방향으로 배열된 제1 채널들을 형성하는 것;
    상기 활물질 필름 내에 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 배열된 제2 채널들을 형성하는 것; 및
    상기 활물질 필름을 소결하는 것;을 포함하되,
    상기 제1 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 상면으로부터 제1 깊이까지 리세스된 영역들이고,
    상기 제2 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 바닥면으로부터 제2 깊이까지 리세스된 영역들이며,
    상기 제1 깊이 및 상기 제2 깊이의 합은 상기 활물질 필름의 두께보다 큰 활물질 구조체의 제조 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 제1 채널들을 형성하는 것은, 제1 스탬프가 상기 활물질 필름 내에 삽입되도록 상기 제1 스탬프로 상기 활물질 필름의 상기 상면을 누르는 것을 포함하고,
    상기 제2 채널들을 형성하는 것은, 제2 스탬프가 상기 활물질 필름 내에 삽입되도록 상기 제2 스탬프로 상기 활물질 필름의 상기 바닥면을 누르는 것을 포함하는 활물질 구조체의 제조 방법.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 활물질 필름을 형성하는 것은:
    예비 하부 활물질 층을 형성하는 것;
    상기 예비 하부 활물질 층 상에 예비 중간 활물질 층을 형성하는 것; 및
    상기 예비 중간 활물질 층 상에 예비 상부 활물질 층을 형성하는 것;을 포함하는 활물질 구조체의 제조 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제1 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 상부 활물질 층의 두께의 합과 동일하고,
    상기 제2 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 하부 활물질 층의 두께의 합과 동일한 활물질 구조체의 제조 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 제1 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 상부 활물질 층의 두께의 합보다 크고,
    상기 제2 깊이는 상기 예비 중간 활물질 층의 두께 및 상기 예비 하부 활물질 층의 두께의 합보다 큰 활물질 구조체의 제조 방법.
  43. 제 38 항에 있어서,
    상기 소결 공정을 수행하기 전, 상기 활물질 필름 내에 바인더가 제공되고,
    상기 소결 공정을 수행하는 동안, 상기 바인더는 상기 활물질 필름으로부터 제거되는 활물질 구조체의 제조 방법.
  44. 제 38 항에 있어서,
    상기 활물질 필름 내에 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 배열된 제3 채널들을 형성하는 것;을 더 포함하되,
    상기 제3 채널들은 상기 활물질 필름이 상기 활물질 필름의 상기 상면으로부터 제3 깊이까지 리세스된 영역들인 활물질 구조체의 제조 방법.
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