KR20220151898A - 고분자 필름을 포함하는 집전체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 집전체는 복합 고분자 필름층을 포함하는 집전체로서, 상기 복합 고분자 필름층은, 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 있는 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들을 포함하고, 상기 금속 물질은 일 방향으로 배향되어 있다.
Description
본 발명은 집전체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 고분자 필름을 포함하는 집전체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 전극들은 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 코팅한 후 건조하여 전극 합제층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 일반적인 집전체는 구리 또는 알루미늄과 같이 전기 전도성이 우수한 금속이 사용될 수 있으며, 최근에는 집전체의 경량화를 위하여 고분자 필름 및 금속을 복합화한 집전체의 개발이 진행되고 있다.
그러나, 이와 같은 고분자와 금속을 복합화한 집전체의 경우, 일반적인 고분자 필름의 탄성 모듈러스가 0.1 내지 5 GPa 수준으로, 구리(117GPa) 또는 알루미늄(69GPa)에 비해 매우 낮은 수준이다. 이로 인해 고분자-금속 복합 집전체의 경우 금속 집전체 수준의 물성을 가지기 위해 두께를 10배 이상 두껍게 해야 하는 문제가 있었다. 이는 전극의 부피 및 질량이 증가하는 문제를 야기한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로 기계적 물성이 향상된 고분자-금속 복합 집전체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 집전체는 복합 고분자 필름층을 포함하는 집전체로서, 상기 복합 고분자 필름층은, 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 있는 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들을 포함하고, 상기 금속 물질은 일 방향으로 배향되어 있다.
구체적인 예에서, 상기 금속 물질은 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 고분자 필름은 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 피버 형상의 금속물질은 단면의 직경이 10 내지 500nm이고, 길이는 0.5 내지 200㎛일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 판상형의 금속 물질은 두께가 10 내지 500nm이고, 폭 및 길이가 0.5 내지 200㎛일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 금속 물질은 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 금속 물질은 고분자 필름층의 길이 방향 축과 이루는 각도가 20° 이하이고, 두께 방향 축과 이루는 각도가 70 내지 90°일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 고분자 필름층의 두께는 10 내지 200㎛일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 집전체는 상기 고분자 필름의 적어도 일면에 형성되며, 두께 1㎛ 이하의 금속층을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상기와 같은 집전체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 집전체의 제조방법은 고분자 소재의 베이스 필름의 적어도 일면에 금속을 증착하여 증착층을 형성하는 증착 단계; 증착층이 형성된 베이스 필름을 분쇄, 혼합한 후, 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 제조하는 1차 압출 단계; 및 상기 고분자-금속 복합 재료를 압출하여, 고분자 매트릭스 내에 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들이 일 방향으로 배향된 고분자 필름층을 형성하는 2차 압출 단계; 를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 금속은 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 베이스 필름은 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 증착층의 두께는 50 내지 400nm이고, 베이스 필름의 두께는 20 내지 400㎛일 수 있다.
이 때, 상기 증착층과 베이스 필름의 부피비는 0.5:99.5 내지 10:90일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 증착층은 서로 다른 종류의 금속층이 2층 이상 적층된 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 증착층이 형성된 베이스 필름은 이축 압출기에 의해 압출될 수 있다.
또한, 고분자-금속 복합 재료의 압출은 일축 압출기에 의해 수행될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 집전체의 제조방법은 상기 고분자 필름의 적어도 일면에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 고분자 필름층 내에 피버 형상 또는 판상형의 금속 물질을 일 방향으로 배향된 상태로 분산시킴으로써 고분자 필름층을 포함하는 집전체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체의 길이 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체의 폭 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전체의 길이 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서 및 이에 따른 변화를 나타낸 개략도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 각 과정을 나타낸 개략도이다.
도 9 내지 도 11은 실시예 및 비교예에 따른 고분자 필름층의 단면을 나타낸 SEM 사진 및 원소 분포를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체의 폭 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전체의 길이 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서 및 이에 따른 변화를 나타낸 개략도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 각 과정을 나타낸 개략도이다.
도 9 내지 도 11은 실시예 및 비교예에 따른 고분자 필름층의 단면을 나타낸 SEM 사진 및 원소 분포를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 “상에” 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명에서, 고분자 필름 또는 집전체의 길이 방향이란, 고분자 필름층 형성 시 고분자가 압출되는 방향 또는 집전체의 제조 및 가공 공정 시 필름이 주행하는 방향(MD 방향, x축 방향)을 의미한다. 폭 방향은 필름층이 형성하는 면에서 상기 길이 방향에 수직한 방향(y축 방향)을 의미한다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 집전체는 복합 고분자 필름층을 포함하는 집전체로서, 상기 복합 고분자 필름층은, 고분자 매트릭스; 및 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 있는 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들을 포함하고, 상기 금속 물질은 일 방향으로 배향되어 있다.
전술한 바와 같이, 이와 같은 고분자와 금속을 복합화한 집전체의 경우, 일반적인 고분자 필름의 기계적 물성이 금속 집전체에 비해 매우 낮은 수준이다. 이로 인해 고분자-금속 복합 집전체의 경우 금속 집전체 수준의 물성을 가지기 위해 두께를 10배 이상 두껍게 해야 하는 문제가 있었다. 이는 전극의 부피 및 질량이 증가하는 문제를 야기한다.
본 발명은 고분자 필름층 내에 피버 형상 또는 판상형의 금속 물질을 일 방향으로 배향된 상태로 분산시킴으로써 고분자 필름층을 포함하는 집전체의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체의 길이 방향 단면을 나타낸 모식도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체의 폭 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 집전체(1)는 고분자 필름층(10)을 포함한다. 상기 고분자 필름층(10)은 집전체의 본체로서, 집전체를 경량화하고, 금속을 사용하는 경우에 비해 집전체에 유연성을 제공한다.
상기 고분자 필름층(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 매트릭스(11); 및 상기 고분자 매트릭스(11) 내에 분산되어 있는 금속 물질(12)을 포함한다.
상기 고분자 매트릭스(11)에 사용되는 고분자 소재는 후술하는 금속 물질이 분산되는 매트릭스 역할을 수행하며, 집전체에 유연성을 제공하고, 집전체로 사용될 수 있을 정도의 강성을 가지고 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 필름은 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 폴리올레핀계 수지는 고밀도, 중밀도, 저밀도, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 결정성 폴리프로필렌, 비정성 폴리프로필렌, 또는 폴리부틸렌일 수 있다.
상기 폴리아미드계 수지의 경우 예를 들어 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 610, 또는 나일론 12일 수 있다.
상기 폴리에스테르계 수지는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트일 수 있다.
상기 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지는 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트 또는 폴리부틸아크릴레이트일 수 있다.
상기 금속 물질(12)의 경우 최소 나노미터 수준의 크기를 갖는 것으로, 고분자 매트릭스(11) 내에 균일하게 분산된다.
더욱 상세하게는 상기 금속 물질(12)은 피버(fiber) 형상 또는 판상형일 수 있다. 여기서, 피버 형상이라는 것은 도 2의 (a)와 같이 고분자 매트릭스(11) 내에 분산된 금속 물질(12)이 가느다란 섬유 형상인 것을 의미한다. 반면에, 금속 물질(12)이 판상형이라는 것은 도 2의 (b)와 같이 금속 물질(12)이 스트립 또는 시트와 같이 편평한 형상인 것을 의미한다.
즉, 상기 금속 물질(12)은 일 방향으로 길이가 긴 형태를 갖는다. 상기 금속 물질(12)은 고분자 매트릭스(11) 내에서 일 방향으로 배향됨으로써 고분자 필름층(10)의 기계적 물성을 향상시킨다. 구체적으로, 상기 금속 물질(12)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 필름층(10)의 길이 방향(x축 방향)으로 배향될 수 있다.
상기 금속 물질(12)은 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 필름과 함께 가공되기 용이하고 고분자 필름층의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으면 그 종류에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 더욱 상세하게는, 상기 금속 물질은 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 등 녹는점이 후술하는 고분자 매트릭스를 구성하는 소재의 압출 시 설정되는 온도보다 높은 금속을 사용할 수 있다. 이는 녹는점이 고분자 소재의 용융 및 압출 시 설정되는 온도보다 낮을 경우 금속이 용융되어 판상형 또는 피버 형상을 이루지 못하고 구형을 이룰 수 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 금속 물질의 녹는점은 200℃ 이상, 상세하게는 600℃ 이상, 더욱 상세하게는 800℃ 이상일 수 있다.
상기 금속 물질(12)이 피버 형상일 경우, 금속 물질(12)의 단면의 직경은 10 내지 500nm, 100 내지 400nm 또는 150 내지 350nm일 수 있고, 금속 물질(12)의 길이는 0.5 내지 200㎛, 0.5 내지 150㎛ 또는 0.5 내지 100㎛일 수 있다.
아울러, 상기 금속 물질(12)이 판상형인 경우 금속 물질은 두께가 10 내지 500nm, 100 내지 400nm 또는 150 내지 350nm일 수 있으며, 폭 및 길이가 0.5 내지 200㎛, 0.5 내지 150㎛ 또는 0.5 내지 100㎛일 수 있다.
금속 물질의 크기(직경 또는 두께, 길이)가 상기 범위를 벗어나 지나치게 작을 경우 기계적 물성 증가 효과가 크지 않으며, 금속 물질의 크기가 상기 범위를 벗어나 지나치게 클 경우 이를 제조하기 위해 후술하는 바와 같이 베이스 필름 상에 형성되는 증착층의 두께가 두꺼워져야 하는데, 이 경우 증착층에 크랙이 발생할 수 있고 비용이 증가하게 되는 문제가 있다.
이와 같이, 본 발명은 고분자 매트릭스(11)에 나노미터 수준의 크기를 갖는 피버 또는 판상형의 금속 물질(12)을 분산시킴으로써, 금속 물질(12)이 고분자 매트릭스(11) 내에서 고분자 매트릭스(11)에 잘 결합할 수 있으며, 금속 물질(12)이 고분자 매트릭스(11) 외부로 빠져 나오는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속 물질(12)은 전술한 바와 같이 고분자 필름층(10)의 길이 방향(x축 방향)으로 배향됨으로써 고분자 필름층(10)의 길이 방향으로의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 물질(12)은 고분자 필름층(10)의 길이 방향 축(x축)과 이루는 각도가 20° 이하, 15° 이하 또는 10° 이하 이고, 두께 방향 축(z축)과 이루는 각도가 70 내지 90° 또는 80 내지 90°일 수 있다. 아울러 상기 금속 물질(12)은 상기와 같은 배향 각도를 이루는 것이 전체 금속 물질의 80% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상을 차지할 수 있다. 금속 물질(12)의 배향 정도가 상기 범위일 때 고분자 필름층(10)의 기계적 물성이 효과적으로 향상될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 금속 물질(12)은 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이는 서로 다른 금속 물질이 각각 서로 다른 금속으로 되어 있는 경우 및 하나의 금속 물질이 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함하는 경우를 모두 포함한다. 이에 따라 고분자 필름층의 강도 및 유연성, 가공성을 원하는 수준에서 설정 가능하다. 이 때, 상기 금속 물질의 종류 및 함량비(예를 들어, 부피비)는 달성하고자 하는 고분자 필름층의 강도, 유연성 및 가공성 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 고분자 필름층의 강도를 높이기 위해서는 상대적으로 강도가 큰 금속 소재를 사용할 수 있으며, 유연성 또는 가공성을 위해서는 연성 또는 전성이 큰 금속 소재 또는 녹는점이 상대적으로 낮은 금속 소재를 사용할 수도 있다.
한편, 상기 고분자 필름층(10)의 두께는 10 내지 200㎛일 수 있으며, 상세하게는 50 내지 150㎛일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 집전체(1)는 일반적인 금속 집전체와 비슷한 두께를 가지면서도 금속 집전체와 비슷한 기계적 물성을 나타낼 수 있다. 고분자 필름층(10)의 두께가 10㎛ 미만일 경우 집전체의 두께가 지나치게 작아 원하는 기계적 물성을 나타내기 어려우며, 고분자 필름층(10)의 두께가 200㎛를 초과할 경우 집전체의 두께가 지나치게 증가하여 전극 및 전지셀의 부피 및 중량이 증가한다는 문제가 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집전체의 길이 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 집전체(2)는 고분자 필름층(10)의 적어도 일면에 형성되는 금속층(20)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속층(20)은 고분자 필름층(10)에 추가적으로 기계적 강성을 보완하며, 집전체(2)의 전기 전도성을 증가시킨다.
상기 금속층(20)은 예를 들어 증착에 의해 형성될 수 있으며, 1㎛ 이하, 또는 0.5㎛ 이하의 얇은 두께를 가진다. 이로써 집전체(2)의 기계적 강성을 보완하고, 전기 전도성을 향상시키면서도 전극의 부피 및 중량이 증가하는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 금속층은 50nm 이상, 100nm 이상, 또는 200nm이상의 두께를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 집전체를 포함하는 전극을 제공한다.
상기 전극은 앞서 설명한 바와 같은 집전체의 적어도 일면에 형성된 전극 합제층을 포함한다. 상기 전극 합제층은 집전체 상에 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 코팅하여 형성된다. 상기 전극 활물질은 음극 활물질 또는 양극 활물질일 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 집전체의 제조방법을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서를 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 순서 및 이에 따른 변화를 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 집전체의 제조방법은 고분자 소재의 베이스 필름의 적어도 일면에 금속을 증착하여 증착층을 형성하는 증착 단계(S1); 증착층이 형성된 베이스 필름을 분쇄, 혼합한 후, 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 제조하는 1차 압출 단계(S2); 및 상기 고분자-금속 복합 재료를 압출하여, 고분자 매트릭스 내에 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들이 일 방향으로 배향된 고분자 필름층을 형성하는 2차 압출 단계(S3); 를 포함한다.
본 발명에 따른 집전체의 제조방법은 금속 증착층이 형성된 고분자 소재의 베이스 필름을 압출하여 고분자-금속 복합 재료로 만들고, 이를 다시 압출함으로써 기계적 물성이 향상된 고분자-금속 복합 집전체를 제조할 수 있는 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 집전체의 제조방법의 각 과정을 나타낸 개략도이다.
도 6 내지 도 8을 도 5와 함께 참조하면, 먼저, 고분자 소재의 베이스 필름(30)을 준비한다, 상기 베이스 필름(30)은 본 발명에 따른 집전체의 고분자 매트릭스를 구성하는 원료로서 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 수지에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일한다.
베이스 필름(30)이 준비되면, 도 5와 같이 상기 베이스 필름(30) 상에 금속을 증착하여 증착층(40)을 형성한다. 증착층은 베이스 필름의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 증착층(40)은 본 발명에 따른 집전체의 금속 물질의 원료로서, 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 금속 물질은 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 텅스텐, 철 등 녹는점이 후술하는 베이스 필름(증착층이 형성된 베이스 필름)의 압출 시 설정되는 온도보다 높은 금속을 사용할 수 있다. 이는 녹는점이 상기 설정되는 온도보다 낮을 경우 금속이 용융되어 유동함에 따라 판상형 또는 피버 형상을 이루지 못하고 구형을 이룰 수 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 금속 물질의 녹는점은 200℃ 이상, 상세하게는 600℃ 이상, 더욱 상세하게는 800℃ 이상일 수 있다.
본 발명에서는 베이스 필름(30) 상에 금속을 증착함으로써, 나노미터 수준의 두께로 금속을 베이스 필름 상에 코팅할 수 있다. 이와 같이 베이스 필름(30) 상에 증착층(40)을 형성함으로써 단순히 필름 내부에 금속 입자를 분산시킨 경우에 비해 금속 입자가 베이스 필름(30)에 잘 결합하게 된다. 상기 증착층은 베이스 필름의 전면 또는 일부 영역에 형성될 수 있다.
이 때, 증착층(40)의 두께는 50 내지 400nm, 100 내지 350nm 또는 150 내지 300nm일 수 있으며, 베이스 필름(30)의 두께는 20 내지 400㎛, 50 내지 350㎛ 또는 100 내지 300㎛일 수 있다. 증착층의 두께가 상기 범위 미만이거나, 베이스 필름의 두께가 상기 범위를 초과할 경우 증착층의 부피가 베이스 필름에 비해 지나치게 작아 달성하고자 하는 집전체의 물성을 만족하기 어렵다. 반대로, 증착층의 두께가 상기 범위를 초과하거나, 베이스 필름의 두께가 상기 범위 미만일 경우 증착층에 크랙이 발생할 수 있고, 제조 단가가 상승하며, 집전체의 경량화 달성이 어렵다.
또한, 증착층(40)과 베이스 필름(30)의 부피비는 0.5:99.5 내지 10:90, 0.5:99.5 내지 5:95, 0.5:99.5 내지 3:97 또는 0.5:99.5 내지 1.5:98.5일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족하는 경우 집전체를 경량화하면서도 후술하는 고분자 필름층의 내부에 충분한 양의 금속 물질을 포함시킬 수 있다. 상기 부피비는 베이스 필름 및 증착층의 두께 및 면적을 이용하여 산출할 수 있다. 증착층의 부피가 베이스 필름에 비해 지나치게 작을 경우 기계적 물성 향상이 어려우며, 증착층의 부피가 지나치게 클 경우 제조 단가가 상승하며, 증착층에 크랙이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 증착층(40)은 서로 다른 종류의 금속층이 2층 이상 적층된 구조일 수 있다. 이와 같이 증착층(40)을 서로 다른 금속으로 구성된 2층 이상의 구조로 형성함으로써, 집전체 제조 시 고분자 필름층 내의 금속 물질이 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함하도록 할 수 있다. 이에 따라 고분자 필름층의 강도 및 유연성, 가공성을 원하는 수준에서 설정 가능하다. 이 때, 상기 증착층을 구성하는 각 층의 두께 및 금속의 종류는 하는 고분자 필름층의 강도, 유연성 및 가공성 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 고분자 필름층의 강도를 높이기 위해서는 상대적으로 강도가 큰 금속 소재를 사용할 수 있으며, 유연성 또는 가공성을 위해서는 연성 또는 전성이 큰 금속 소재 또는 녹는점이 낮은 금속 소재를 사용할 수 있다.
상기 증착층(40)의 형성은 이베퍼레이션(Evaporation) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 에어로졸 증착(Aerosol Deposition)에 의한 것일 수 있다. 상기 이베퍼레이션 방법이란, 상압 또는 고진공(5x10-5~1x10-7Torr)의 챔버 내에서 전자빔이나 전기 필라멘트를 이용하여 타겟 재료를 증발 또는 승화시켜 피착물에 증착하는 것이다. 또한, 상기 스퍼터링 방법이란, 아르곤 등의 기체를 진공의 챔버 내에 흘려 보내고, 전압을 인가하여 발생한 플라즈마에 의해 타겟 물질이 피착물에 증착되는 방법이다.
구체적으로, 이베퍼레이션 방법을 사용할 경우 고진공 상태(5x10-5~1x10-7Torr) 또는 상압에서 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 증착 보트(evaporation boat) 및 crucible에 위치한 타겟을 증발 또는 기화가 일어날 때까지 전압을 가하거나 전자빔의 전력을 증가시킨 후, 0.1nm/sec 내지 10nm/sec의 증착 속도 조건 하에서 수행될 수 있다.
또는 스퍼터링 방법을 사용할 경우, 이는 1 mTorr 내지 100 mTorr, 1 mTorr 내지 75 mTorr, 또는 1 mTorr 내지 50 mTorr의 공정압력에서 수행될 수 있다. 또한 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He)과 같은 스퍼터 가스 또는 산소, 질소 또는 이들의 혼합 기체와 같은 반응성 가스를 포함하는 챔버에서 스퍼터링이 수행될 수 있다. 기타 증착 방법에 관한 자세한 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.
한편, 상기 증착층의 형성은 롤투롤 공정에 의해 수행될 수 있으며, 도 6과 같은 구조의 증착부(100)에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이 언와인딩 롤(110)에서 권출된 베이스 필름은 주행 롤(120)의 표면을 따라 주행하면서, 일정 거리 이격된 곳에 위치하는 금속 공급원(130)으로부터 증발된 금속 성분이 베이스 필름(30) 상에 증착될 수 있다. 증착층(40) 형성이 완료된 베이스 필름(30)은 리와인딩 롤(140)에 권취될 수 있다.
증착이 완료되면, 증착층이 형성된 베이스 필름을 압출하여 고분자-금속 복합 재료(50)를 제조한다. 구체적으로, 도 7과 같이, 베이스 필름을(30) 분쇄, 혼합한 후 압출이 수행된다. 이 때, 상기 압출은 증착층이 형성된 베이스 필름(30)을 분쇄 및 혼합하고, 이를 용융시킨 이후 수행된다. 상기 용융은 180℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있으며, 상세하게는 200℃ 이상의 온도에서도 수행될 수 있다. 또한, Hot press 용융기를 사용할 수 있다.
이후, 용융 과정을 통해 얻어진 용융물을 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 형성한다. 이러한 과정은 이축 압출기(200)에 의해 압출될 수 있다. 이축 압출기의 경우 고분자 매트릭스 내에 용이하게 금속 물질을 용이하게 분산시킬 수 있다. 이 과정에서 내부의 금속이 판상형 또는 피버 형상으로 형성될 수 있다.
고분자-금속 복합 재료(50)가 제조되면, 도 8과 같이 고분자-금속 복합 재료(50)를 다시 압출한다. 이 때 고분자-금속 복합 재료(50)를 압출한 이후, 압출된 재료를 필름 형태로 만들 수 있으며, 고분자-금속 복합 재료(50)가 필름 형태로 압출되면서 판상형 또는 피버 형상의 금속 물질이 필름의 길이 방향(압출 방향)으로 다시 한 번 배향된다. 여기서 길이 방향으로 배향된다는 것은 판상형 또는 피버 형상의 금속 물질이 전술한 바와 같이 길이 방향 축과 두께 방향 축에 소정의 각도 범위를 갖도록 정렬된다는 것을 의미한다.
고분자-금속 복합 재료(50)의 압출은 상기 고분자-금속 복합 재료(50)를 분쇄, 혼합 및 용융 시킨 후 수행될 수 있으며, 상기 압출은 일축 압출기(300)에 의해 수행될 수 있다. 일축 압출기에 의해 압출을 수행함으로써, 고분자 금속 복합 재료가 균일하게 토출되면서, 고분자-금속 복합 재료 내부의 금속 물질이 압출 방향을 따라 일 방향으로 배향될 수 있다.
이후, 압출된 고분자 필름은 냉각 과정을 거칠 수 있으며, 이는 고분자 필름을 상온에 방치하는 방법으로 수행되거나, 별도의 냉각기를 사용하여 수행될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 집전체의 제조방법은 앞서 설명한 방법으로 제조된 고분자 필름층의 적어도 일면에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속층은 예를 들어 증착에 의해 형성될 수 있으며, 1㎛ 이하, 또는 0.5㎛ 이하의 얇은 두께를 가진다. 이로써 집전체의 기계적 강성을 보완하고, 전기 전도성을 향상시키면서도 전극의 부피 및 중량이 증가하는 것을 최소화할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1-1
베이스 필름으로서, 두께 210㎛인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 필름 상에 알루미늄 금속을 100nm 두께로 증착하여 증착층을 형성하였다. 증착층이 형성된 베이스 필름을 분쇄한 후, 이축 압출기를 사용하여 180℃, 50rpm으로 혼합한 후 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 제조하였다. 상기 고분자-금속 복합 재료를 다시 일축 압출기를 사용하여 압출하여 100㎛ 두께의 고분자 필름층을 형성하였다.
실시예 1-2
베이스 필름 상에 인듐 금속을 100nm로 증착한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일하게 고분자 필름층을 형성하였다.
비교예 1
증착층을 형성하지 않고, PMMA 수지 필름을 실시예 1-1과 동일한 방법으로 압출하여 고분자 필름층을 형성하였다.
실험예 1
상기 실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1에 따른 고분자 필름층의 탄성 모듈러스 및 파단 연신율을 측정하였다. 상기 탄성 계수 및 파단 연신율은 Universal testing machine(UTM)을 이용하여 ASTM D 882의 측정법에 따라 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1과 같다.
| 탄성 모듈러스(GPa) | 파단 연신율(%) | |
| 실시예 1-1 | 12.0 | 24 |
| 실시예 1-2 | 9.5 | 20 |
| 비교예 1 | 1.1 | 13 |
상기 표 1을 참조하면, 베이스 필름 상에 금속을 증착하고, 이를 압출하여 형성된 고분자-금속 복합 재료를 다시 압출한 실시예의 필름은 비교예 1에 비해 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다. 이는 필름의 내부에 피버 또는 판상형의 금속 물질이 압출 방향으로 배향되었기 때문이다.
실시예 2-1
베이스 필름으로서, 두께 폴리프로필렌(PP) 수지 필름 상에 알루미늄 금속을 300nm 두께로 증착하여 증착층을 형성하였다. 이 때, 증착층이 형성된 베이스 필름 전체 부피에서 금속이 차지하는 비율은 1.5%였다. 증착층이 형성된 베이스 필름을 분쇄한 후, 이축 압출기를 사용하여 180℃, 50rpm으로 혼합한 후 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 제조하였다. 상기 고분자-금속 복합 재료를 다시 일축 압출기를 사용하여 압출하여 100㎛ 두께의 고분자 필름층을 형성하였다.
상기 고분자 필름층의 양면에 금속 구리(Cu)를 E-beam Evaporator를 사용하여 150nm의 두께로 증착하여 금속층이 형성된 집전체를 제조하였다.
실시예 2-2 내지 2-4
하기 표 2와 같이 금속을 PP 베이스 필름 상에 소정의 두께로 증착 후, 실시예 2-1과 동일하게 집전체를 제조하였다.
실시예 2-5
표 2에 나타난 바와 같이, 베이스 필름으로서 폴리프로필렌(PP) 수지 필름 상에 인듐(In) 및 알루미늄(Al)을 각각 20nm 및 300nm 두께로 순차적으로 증착 후, 실시예 2-1과 동일하게 집전체를 제조하였다.
비교예 2-1
증착층을 형성하기 않고, PP 수지 필름을 실시예 2-1과 동일한 방법으로 압출하여 집전체를 제조하였다.
비교예 2-2
베이스 필름 상에 알루미늄을 20nm 두께로 증착한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일하게 집전체를 제조하였다.
실험예 2
실시예 2-1, 실시예 2-5 및 비교예 2-1에 따라 제조된 고분자 필름층을 FESEM(JEOL社 JSM-7610F)에 투입하여 길이 방향 단면의 SEM 사진 및 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 사진을 얻었으며, 이를 각각 도 9(실시예 2-1), 도 10(실시예 2-5) 및 도 11(비교예 2-1)에 도시하였다. 도 9 내지 도 11에서, (a) 및 (b)는 샘플을 각각 3000배 및 500배로 확대한 SEM 사진이며, 도 9에서 (c)는 알루미늄 금속의 분포를 EDS를 통해 나타낸 사진이다. 도 10에서 (c)는 알루미늄 금속의 분포를, (d)는 인듐 금속의 분포를 EDS를 통해 나타낸 것이다. 아울러, 도 9 내지 11에서 영역 A 내에 형성된 선은 고분자 필름층에 증착된 Cu 금속층이다.
실험예 3
동역학 분석 장치(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)로서 TA社Q800을 사용하여, 시편에 0.1%의 스트레인을 가하면서 상온 및 주파수 1Hz의 조건에서 복합 모듈러스를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
| 증착 물질 | 증착 두께(nm) | E*(MPa) | E*(%) | PP 수지 필름 대비 금속의 부피비(%) | |
| 실시예 2-1 | Al | 300 | 2006.6 | 90.1 | 1.5 |
| 실시예 2-2 | Ni | 100 | 1793.9 | 70.0 | 0.5 |
| 실시예 2-3 | In | 300 | 1621.4 | 53.6 | 1.5 |
| 실시예 2-4 | In | 100 | 1563.1 | 48.1 | 0.5 |
| 실시예 2-5 | In | 20 | 1865.4 | 76.7 | 0.1 |
| Al | 300 | 1.5 | |||
| 비교예 2-1 | - | - | 1055.5 | 0.0 | - |
| 비교예 2-2 | Al | 20 | 1070.2 | 1.3 | 0.1 |
도 9 내지 11을 참조하면, 본원 발명의 실시예에 따른 집전체는 내부에 두께 또는 단면의 직경이 nm 단위이고, 길이가 ㎛ 단위를 갖는 피버 또는 판상형의 금속 물질(B)을 포함함을 알 수 있다.
표 2를 참조하면, 필름 상에 소정의 부피비로 금속을 증착하고, 이를 압출하여 형성된 고분자-금속 복합 재료를 다시 압출한 실시예의 집전체는 비교예 2-1에 비해 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다. 이는 도 9 및 도 10과 같이 필름의 내부에 피버 또는 판상형의 금속 물질이 압출 방향으로 배향되었기 때문이다.
또한, 증착층의 두께가 실시예에 비해 작은 비교예 2-2의 경우, 고분자 필름층의 내부에 금속 물질이 충분하게 형성되지 못해 기계적 물성이 실시예에 비해 감소하였음을 알 수 있다.
다만, 인듐(In) 금속을 사용한 실시예 2-3 및 실시예 2-4의 경우 인듐의 낮은 녹는점(160℃)으로 인하여 제조 과정 중 가공성이 향상되었다는 장점이 있으나, 압출 시 설정된 온도보다 높은 녹는점을 가진 알루미늄 또는 니켈을 사용한 경우에 비해 집전체의 물성이 감소한 것을 알 수 있는데, 이는 도 10과 같이 압출 과정에서 용융된 인듐 금속이 유동하면서 선형 뿐만 아니라 구형 형태로 존재할 수 있기 때문이다. 이 경우 증착층을 2층 구조로 형성하여, Al과 같은 다른 금속 소재로 이루어진 증착층을 더 형성함으로써 집전체의 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
1, 2: 집전체
10: 고분자 필름층
11: 고분자 매트릭스
12: 금속 물질
20: 금속층
30: 베이스 필름
40: 증착층
50: 고분자-금속 복합 재료
100: 증착부
110: 언와인딩 롤
120: 주행 롤
130: 금속 공급원
140: 리와인딩 롤
200: 이축 압출기
300: 일축 압출기
10: 고분자 필름층
11: 고분자 매트릭스
12: 금속 물질
20: 금속층
30: 베이스 필름
40: 증착층
50: 고분자-금속 복합 재료
100: 증착부
110: 언와인딩 롤
120: 주행 롤
130: 금속 공급원
140: 리와인딩 롤
200: 이축 압출기
300: 일축 압출기
Claims (15)
- 복합 고분자 필름층을 포함하는 집전체로서,
상기 복합 고분자 필름층은,
고분자 매트릭스; 및
상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 있는 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들을 포함하고,
상기 금속 물질은 일 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 집전체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 물질은 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 고분자 필름은 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상인 집전체.
- 제1항에 있어서,
상기 피버 형상의 금속물질은 단면의 직경이 10 내지 500nm이고, 길이는 0.5 내지 200㎛인 집전체
- 제1항에 있어서,
상기 판상형의 금속 물질은 두께가 10 내지 500nm이고, 폭 및 길이가 0.5 내지 200㎛인 집전체.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 물질은 서로 다른 2종 이상의 금속을 포함하는 집전체.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 필름층의 두께는 10 내지 200㎛인 집전체.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 필름의 적어도 일면에 형성되며, 두께 1㎛ 이하의 금속층을 더 포함하는 집전체.
- 고분자 소재의 베이스 필름의 적어도 일면에 금속을 증착하여 증착층을 형성하는 증착 단계;
증착층이 형성된 베이스 필름을 분쇄, 혼합한 후, 압출하여 고분자-금속 복합 재료를 제조하는 1차 압출 단계; 및
상기 고분자-금속 복합 재료를 압출하여, 고분자 매트릭스 내에 피버(fiber) 형상 또는 판상형의 금속 물질들이 일 방향으로 배향된 고분자 필름층을 형성하는 2차 압출 단계; 를 포함하는 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄, 구리, 인듐, 티탄, 주석, 니켈, 철, 텅스텐, 크롬, 코발트, 금, 은을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상이고,
상기 베이스 필름은 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리알킬(메트)아크릴레이트계 수지를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상인 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 증착층의 두께는 50 내지 400nm이고, 베이스 필름의 두께는 20 내지 400㎛인 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 증착층과 베이스 필름의 부피비는 0.5:99.5 내지 10:90인 집전체의 제조방법
- 제8항에 있어서,
상기 증착층은 서로 다른 종류의 금속층이 2층 이상 적층된 구조인 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 증착층이 형성된 베이스 필름은 이축 압출기에 의해 압출되는 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
고분자-금속 복합 재료의 압출은 일축 압출기에 의해 수행되는 집전체의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 고분자 필름층의 적어도 일면에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 집전체의 제조방법.
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