KR20220048878A - 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법 및 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법 및 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극에 관한 것이다.
본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법은 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하고, 상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하여 대량생산을 위한 스케일업의 공정을 제공하고, 상기 공정 이후 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결함으로써, 고순도 고강도 다공성의 입체 집전체를 얻을 수 있다. 나아가 이를 포함한 리튬이차전지용 음극의 경우, 음극 전극과 집전체의 접촉 계면 면적 향상을 통한 전기전도도 증가를 통한 출력 특성이 향상되고, 우수한 충방전의 사이클 특성을 확인할 수 있다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법 및 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극{MANUFACTURING METHOD OF THREE DIMENSIONAL CURRENT COLLECTOR FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY OF CATHODE AND CATHODE USING THE SAME}
본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법 및 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하고, 상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 다공성 구리 집전체를 형성하여, 대량생산을 위한 스케일업의 공정을 제공하고, 이후 상기 다공성 구리 집전체를 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하여 고순도 고강도 다공성 구리 집전체의 입체 집전체를 얻을 수 있고, 이를 포함한 리튬이차전지용 음극의 경우, 음극 전극과 집전체의 접촉 계면 면적 향상을 통한 전기전도도 증가를 통한 출력 특성이 향상되고, 우수한 충방전의 사이클 특성을 보인, 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법 및 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극에 관한 것이다.
환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬이차전지(lithium secondary battery)를 사용하는 연구 및 이의 상용화에 대한 관심이 증가하고 있다.
일반적으로 전극은 전극 활물질, 바인더 및 도전재가 적절히 혼합된 슬러리를 양극/음극 집전체 위에 도포한 후 열처리 공정을 통해 제조된다. 즉, 양극/음극 집전체 위에 바인더 및 도전재를 포함하는 전극 합제층이 형성된 구조이다.
이러한 구조에 있어서, 전지의 용량을 높이기 위하여 전극 합제층의 두께를 증가시키게 되면, 집전체와 활물질 상층부의 거리가 증가함에 따라 활물질 상층부에서 발생되는 전자가 빠르게 집전체로 이동하지 못하게 되고, 전극 내 발생하는 리튬 이온 역시, 이동 경로가 길어짐에 따라 이동 속도에 제한이 생기므로 전체적인 전극 내 저항이 크게 증가한다.
또한, 두께 증가는 활물질 층에 대한 전해액의 함침율을 감소시킬 수 있기 때문에 전극 저항 증가의 문제는 더욱 커질 뿐만 아니라, 전극 합제층에 포함되는 바인더는 상대적으로 가벼워 전극 합제층에 고르게 분산되지 않고, 표면에 들뜨는 현상이 발생하는데, 이는 전극 합제층이 두꺼울수록 그 분리가 심하므로 전지의 충/방전 과정에서 발생되는 부피변화에 따른 집전체와 활물질의 분리에 의한 전지의 사이클 특성 저하 및 수명 저하를 피할 수 없다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해서, 종래에는 공극률, 전극 활물질의 종류 등을 다양하게 한 전극 합제층을 다층으로 코팅하는 등의 기술이 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 구조 역시 로딩량에는 한계가 있을 뿐만 아니라 소망하는 정도의 전자전도도 및 이온전도도를 얻을 수 없었고, 전극 합제 층의 두께 증가는 전극 강도가 감소하는 기능성의 문제를 갖고 있는 동시에, 미래에 요구되는 이차전지의 소형화 및 박막화에 대한 한계를 극복하지 못한다.
특허문헌 1은 에너지 밀도가 향상된 전극을 제조하기 위한 새로운 구조의 전극으로서, 3차원 망상 구조의 집전체를 포함하는 전극을 개시하고 있다.
구체적으로는, 상기 3차원 망상형 구조를 가지는 단위 집전체에 전극 합제가 함침 및 코팅된 구조의 단위 전극들이 적층되어 있고, 상기 단위 전극들은 전극 합제를 경유하여 연결되어 있는 구조이며, 이와 같이, 상기 단위 집전체에 형성된 기공 내부로 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 이동하여 단위 집전체 내부가 전극 합제로 채워지게 되는 구조는, 전체적인 전극 두께의 증가를 완화할 수 있고, 집전체와 전극 활물질의 물리적인 거리를 단축하게 되므로, 전극 합제의 로딩량이 증가하더라도 리튬 이온의 이동 경로가 길어짐에 따른 내부 저항 증가를 방지할 수 있으며, 동일한 두께의 일반적인 집전체를 사용하는 경우와 비교할 때, 고용량의 전지를 제공할 수 있다고 보고하고 있다.
이러한 연구의 일환으로서, 최근 리튬이차전지의 고용량 및 고출력 성능을 확보하기 위한 노력으로, 집전체를 다공성 구리로 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 특히 리튬이차전지에서 집전체는 리튬이차전지의 활물질 소재(음극 및 양극 소재)에서 발생한 전자를 수집하여 외부 회로로 전달하는 동시에 전극 활물질의 전극 매트릭스 역할을 하므로, 전기차(electric vehicle, EV) 및 에너지 저장 시스템(energy saving system, ESS) 등과 같은 중대형 전자기기에 사용되는 리튬이차전지의 급속 충전성능을 비약적으로 향상시킬 수 있는 핵심 구성 요소이다.
다공성 구리(copper foam)는 기공도가 높은 금속 구조체로서 낮은 밀도에 비하여 강도가 높을 뿐 아니라 표면적이 넓고 충격을 흡수하는 특징이 있는 재료로 알려져 있다. 특히 열린 기공 구조를 갖는 다공성 구리는 구조가 안정하며, 단위 체적당 표면적의 비가 극도로 크면서도 경량이라는 우수한 특성 때문에, 리튬이차전지 배터리 전극을 비롯하여 연료전지의 부품, 매연 여과장치용 필터, 오염 제어 장치, 촉매 지지체, 오디오 부품, 히트 싱크(heat sink)와 같은 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.
종래에 다공성 구리를 제조하는 방법은 금속 멜트(melt)에 가스(gas)를 주입하여 직접적으로 폼(foam)을 제조하는 방법, 가스(gas) 대신에 발포제(blowing agent)를 주입시키는 방법(Alporas 법), 금속 분말(metal powder)을 응결시켜 만드는 방법 (Foaminal/Alulight 법) 등이 있다.
그러나 실제 센서, 촉매 등의 응용 분야에 적용되기 위해서는 나노크기의 기공을 가지는 필름 형태의 폼(foam) 구조체가 요구되는데, 전해도금이 그 공정이 단순하고 인가 전류, 전류 인가 시간, 온도 등을 이용하여 도금된 박의 두께를 조절하기 용이하기 때문에 가격적인 경제력과 공정의 유연성으로 다공성 구리를 제조하기 적합한 방법으로 실시되고 있다.
그러나, 종재 방법으로부터 얻어진 다공성 구리는 인장력을 가하는 경우 하중이 두께 또는 폭이 얇은 쪽으로 집중되어 하중의 병목 현상으로 인해, 벌크(bulk) 유형의 구리보다 인장강도가 현저히 떨어지므로, 활물질 코팅시 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식을 적용하는 실제 배터리 제조 공정에 적용이 불가능하다. 뿐만 아니라, 전극(활물질 및 집전체)에서 생성한 전자(전류)를 외부 도선으로 이동시킬 수 있도록 다공성 구리 일측면에 추가적인 전극 탭이 부착되어야 하므로, 이를 위한 추가 공정을 필요로 하여 제조 단가 상승의 주 요인으로 작용한다.
이에, 특허문헌 2에서는 리튬이차전지 음극 집전체용 다공성 구리의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 다공성 구리 및 리튬이차전지 음극 집전체를 제시하고 있다.
종래 다공성 금속을 리튬이차전지 음극 집전체에 적용하기 위해 다른 특허로서, 특허문헌 3은 리튬이차전지 음극 집전체 적용을 위해 입체형 다공질체의 일면 또는 양면에 적층되는 활물질층을 포함하고 있으며, 상기 적층된 활물질층을 포함하는 입체형 다공질체의 주변부에 집전체가 형성되는 구성을 개시하고 있다. 그러나 상기 방법은 입체형 다공질체와 금속 박막 모두가 필요하며, 이들의 부착을 포함한 어셈블리 제조 공정이 추가되고, 상기 제조된 어셈블리에 추가로 탭을 부착하여야 하기 때문에 제조 단가 상승 및 생산성 감소가 불가피한 단점이 있다.
종래 리튬이차전지에서 양/음극 활성물질로부터 전류를 인출하고, 그것을 전지단자에 유도하기 위한 집전체로서 금속박이 사용되고 있다. 특히, 동박은 리튬과 화합물을 형성하지 않고, 전기전도성이 양호하며, 저비용이라는 특징을 가지고 음극집전체로서 널리 사용된다. 상기의 동박에는 압연가공에 의하여 제조되는 압연동박과 전해석출에 의하여 제조되는 전해동박이 있고, 압연동박은 고강도이나 표면이 평활하기 때문에 활성물질과의 접착강도가 약하다는 단점으로 인해, 충방전싸이클을 거듭하면 활성물질이 압연동박과의 접착 경경계면에서 박리하여 충방전용량의 저하, 사이클의 단수명화의 원인이 된다.
반면에, 전해동박은 압연동박 보다 우수하기는 하나, 강도가 약하고, 특히, 고용량 이차전지의 경우 전지의 용량 증대를 위하여 음극 집전체의 음극 활물질의 로딩양(전해동박의 단위면적당 코팅되는 슬러리양)이 꾸준히 증가함에 따라, 음극 집전체와 슬러리와의 접착력을 보다 증대시킬 필요가 있다.
따라서, 리튬이차전지 음극 집전체용도의 전해동박의 경우, 강도 개선 및 계면 저항 감소 및 전극과의 접착력 향상이 요구된다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하고, 상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 다공성 구리 집전체를 형성하여 대량생산을 위한 스케일업의 공정을 제공하고, 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결함으로써, 계면 저항이 감소되고 전극과의 접착력이 향상된 다공성 입체 집전체를 제조할 수 있다. 이러한 공정에서는 구리가 일부 산화하여 산화구리를 형성하여 표면이 검정색으로 나타내므로 이후 마이크로웨이브를 이용하여 고순도 고강도 다공성 구리 집전체의 입체 집전체를 얻고, 이를 포함한 리튬이차전지용 음극의 경우, 음극 전극과 집전체의 접촉 계면 면적 향상과 우수한 충방전의 사이클 특성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
대한민국특허 제 2098154호 (2020.04.08. 공고) 대한민국특허 제 2032265호 (2019.10.16. 공고) 대한민국특허 제 1520345호 (2015.05.15. 공고
본 발명의 목적은 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 리튬이차전지 음극을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하는 제1단계,
상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하는 제2단계 및
상기 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제에 담가 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하는 제3단계로 이루어진, 리튬이차전지 음극 집전체용 다공성 구리 집전체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제1단계의 유기계 첨가제는 벤조트리아졸(BTA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 MPSA(3-mercapto-1-propane sulfonic acid)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이다.
제2단계에서의 전해 도금은 1 내지 5A/㎠ 전류 크기 및 1초 내지 10초 도금시간으로 수행된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 제2단계 이후, 양면 전해 도금된 구리 집전체를 증류수 또는 에탄올로 세척하는 단계를 더 수행하여 표면의 불순물을 제거할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제3단계에서 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제는 메탄올, 에탄올, 에틸렌글라이콜 및 프로필렌글라이콜을 포함하는 다가 알코올로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 혼합형태가 사용된다.
또한 제3단계는 150℃ 온도 이상에서 5분 이상 동안 마이크로웨이브를 이용하여 소결하는 것이다.
본 발명의 이상의 리튬이차전지 음극 집전체용 다공성 구리 집전체의 제조방법으로부터 제조된, 다공성 구리막 양면에 구리전해 도금된 다공성 구리 집전체를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 다공성 구리 집전체를 이용한 리튬이차전지용 음극을 제공한다.
본 발명에 따르면, 계면 저항 감소 및 전극과의 접착력 향상을 위한 다공성 입체구조의 다공성 구리 집전체를 제작할 수 있으며, 특히 양면 동시 제작 공정으로 스케일 업을 통해 양산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제조방법은 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 고온에서 마이크로웨이브를 이용하여 소결함으로써, 강도 개선을 확보할 수 있다.
본 발명의 제조방법으로부터, 다공성의 입체 집전체를 포함한 리튬이차전지용 음극을 제공함으로써, 음극 전극과 집전체의 접촉 계면 면적 향상을 통한 전기전도도 증가를 통한 출력 특성 향상과 우수한 충방전의 사이클 특성을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 양면 전해 도금장치를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 구리 집전체의 표면에 대한 주사전자현미경 사진 결과이고,
도 3은 도 2의 다공성 구리 집전체의 단면에 대한 이미지 결과이고,
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 (a) 환원 소결 전의 입체 집전체이고, (b)는 환원 소결 후의 입체 집전체를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하는 제1단계,
상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하는 제2단계 및
상기 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제에 담가 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하는 제3단계로 이루어진, 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 전해도금으로 발생하는 수소를 틀(template)로 사용하여 다공성 구리(copper foam)를 제조하는 것으로서, 전착시 유기계 첨가제를 첨가하여 기공간의 연결을 극대화하여 밀도와 강도가 우수한 구리를 얻을 수 있다.
이때, 본 발명의 제1단계에서 황산계 구리도금 용액은 황산 구리, 황산 및 황산 암모늄염에 염소염이 결합된 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기에서 황산 암모늄염은 황산암모늄((NH4)2SO4) 이외에 질산암모늄(NH4NO3) 등의 암모늄염이 포함된 화합물이고, 상기 염소염은 염산(HCl) 또는 소금(NaCl) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제1단계는 황산 구리를 기본으로 하는 일반적인 전해 도금 방법을 활용하는데, 황산 구리 0.1∼0.3M를 사용할 수 있으나 이에 한정되지는 아니할 것이다.
또한, 유기계 첨가제는 벤조트리아졸(BTA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 MPSA(3-mercapto-1-propane sulfonic acid)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 이때, 유기계 첨가제는 0.0001∼0.0005M, 바람직하게는 0.0001M을 사용할 수 있다.
상기의 유기계 첨가제는 기공 간에 상호 연결되어 기공도가 극대화된 다공성 구리를 전해도금으로 전착할 수 있을 뿐 아니라 밀집된 미세구조를 가진 구리를 전착하도록 하여 센서, 촉매, 배터리의 집전체 등으로 사용하기에 충분한 강도를 지니는 다공성 구리를 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 제2단계는 제1단계에서 얻어진 상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하는 것이다.
도 1은 본 발명의 양면 전해 도금장치를 나타낸 것이고, 양면 동시 도금 장치를 제작하여 구리 집전체의 대량생산을 위한 스케일업의 공정을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 양면 도금 장치를 이용하여 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체를 형성함으로써, 공정의 단순화를 통해 비용을 절감할 수 있다.
또한, 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체는 다공성 표면과 양면의 전해도금으로 인한 표면 거칠기가 부여되어, 입체적 집전체이며, 이를 포함한 음극과의 계면 접착력을 향상시켜 전극의 코팅성을 높일 수 있다.
이때, 도금 조건은 1 내지 5A/㎠ 전류 크기 및 1초 내지 10초의 도금시간으로 수행하는 것이며, 상기 범위에 의해 다공성 구리 집전체의 기공도와 두께를 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다공성 구리 집전체의 표면에 대한 주사전자현미경 사진 결과로서, 다공성을 확인할 수 있으며, 기공 간에 횡방향으로 서로 연결되어 있는 오픈-셀(open-cell) 구조도 일부 확인된다.
도 3은 상기 다공성 구리 집전체의 단면에 대한 이미지 결과로서, 기공이 형성된 단면 두께가 최대 3.5㎛ 수준으로 형성됨을 확인할 수 있다.
상기 제2단계 이후, 양면 전해 도금된 구리 집전체를 증류수 또는 에탄올로 세척하는 단계가 더 수행할 수 있다. 세척방법 및 세척순서에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 증류수 및 에탄올을 순차적으로 세척하되, 1 내지 5회 반복 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 제3단계는 앞서 단계에서 얻어진 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체를 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하여, 고순도 고강도 다공성 구리 집전체를 제작하는 것이다.
좀 더 구체적으로, 구리막을 집전체로 구성하는 경우, 즉 후처리 공정없이 구리막의 막 형태는 전기전도도 저하 문제가 있다. 또한, 다공성 집전체의 두께가 두꺼우며, 구리막으로 되어 있을 경우 집전체의 강도가 유지되지 않아 표면 뭉개짐이 발생하여 기계적 강도가 약해지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 발명은 얻어진 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체를 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결함으로써 전기전도도 및 강도를 제공한다.
이때, 제3단계에서 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제는 메탄올, 에탄올, 에틸렌글라이콜 및 프로필렌글라이콜을 포함하는 다가 알코올로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 혼합형태가 사용되는 것이다.
상기 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제에 양면 전해 도금된 다공성 구리 집전체를 담가 반응시킴으로써, 표면에 다공성 구리를 효과적으로 형성하는 장점이 있다.
이후, 150℃ 온도 이상에서 5분 이상 동안 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하는 것이다. 상기 온도가 150℃ 미만이면, 짧은 시간 동안의 환원 분위기를 위한 열원으로서 바람직하지 않으므로, 150℃ 이상 고온 환경을 유지하여 환원이 잘 되도록 유도한다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 (a) 환원 소결 전의 구리 집전체이고, (b)는 환원 소결 후의 구리 집전체를 나타낸 것이다. 상기로부터, 표면의 산화구리를 없앤 고순도의 구리를 확보한 결과를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로부터 제조된 입체 집전체를 포함한 음극을 제공한다.
본 발명의 제조방법을 통해, 얻어진 고순도 고강도 다공성의 입체 집전체를 포함한 리튬이차전지용 음극의 경우, 음극 전극과 집전체의 접촉 계면 면적 향상을 통한 전기전도도 증가를 통한 출력 특성 향상과 우수한 충방전의 사이클 특성을 기대할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
황산 구리를 기본으로 하고 유기계 첨가제로 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 첨가하여 일반적인 전해 도금 방법을 활용하여 다공성의 구리막을 형성하였다. 도 1에 제시된 양면 도금 장치를 제작하고 이를 이용하여 상기 다공성의 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하였다. 이때, 전류 크기 1 내지 5A/㎠ 및 도금 시간 1초 내지 10초범위로 표면기공과 단면 두께를 조절하였다. 이후, 증류수 및 에탄올로 순차적으로 세척하였고, 5회 반복하여 표면의 불순물을 제거하였다.
상기 세척된 다공성 구리 집전체를 200℃ 온도에서 5분 동안 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하였다.
상기 얻어진 입체적 집전체의 표면사진을 촬영하여 도 2 및 도 3에 기재하였고 환원 소결 전 및 후의 사진을 도 4에 기재하였다.
<비교예 1>
일반 평단면 구리 집전체를 활용하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 세척된 다공성 구리 집전체를 100℃ 온도에서 4분 동안 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실험예 1> 표면 측정
상기 실시예 1에서 제조된 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체인 입체 집전체에 대하여 주사전자현미경을 이용하여 표면 및 단면의 이미지를 촬영하였다.
도 2 및 도 3에 그 결과를 제시하였다. 상기로부터, 다공성 구리 집전체 표면의 다공성을 확인하였고, 일부 오픈 셀 구조의 기공을 확인하였다. 또한, 기공이 형성된 단면의 두께가 임의의 위치에서 2.752㎛, 3.078㎛ 및 3.130㎛로 확인되었다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 황산계 구리도금 용액에, 유기계 첨가제를 첨가 후 전해 도금하여 구리막을 형성하는 제1단계,
    상기 구리막을 사이에 두고, 양쪽에 동판을 배치시켜 동시 전해 도금하여 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 형성하는 제2단계 및
    상기 양면에 구리 도금된 다공성 구리 집전체를 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제에 담가 마이크로웨이브를 이용하여 환원 및 소결하는 제3단계로 이루어진, 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 유기계 첨가제는 벤조트리아졸(BTA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 MPSA(3-mercapto-1-propane sulfonic acid)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 양면 전해 도금은 1 내지 5A/㎠ 전류 크기 및 1초 내지 10초 도금시간으로 수행되어 다공성 구리 집전체가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2단계 이후, 양면 전해 도금된 구리 집전체를 증류수 또는 에탄올로 세척하는 단계가 더 수행된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 환원 반응을 유도하는 알코올 계열 용제는 메탄올, 에탄올, 에틸렌글라이콜 및 프로필렌글라이콜을 포함하는 다가 알코올로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 혼합형태인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 150℃ 온도 이상에서 5분 이상 동안 마이크로웨이브를 이용하여 소결한 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 고강도 다공성 입체 집전체의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로서 제조된, 다공성 입체 집전체를 포함한 리튬이차전지용 음극.
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