KR20240001248A - 집전체, 전극 시트, 및 집전체를 준비하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
집전체, 전극 시트, 및 집전체를 준비하기 위한 방법. 집전체는: 지지층, 제1 전기 전도층, 및 제2 전기 전도층을 포함하고; 지지층은 서로 대향하여 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖고; 제1 전기 전도층은 지지층의 제1 표면 및/또는 제2 표면 상에 그리드 구조로 분포되고; 제2 전기 전도층은 지지층으로부터 떨어진 제1 전기 전도층의 표면 상에 배치된다.
Description
[관련 출원들에 대한 상호 참조]
본 개시내용은 2021년 9월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Current collector, electrode sheet and preparation method for current collector"인 중국 특허 출원 제202111162977.X호(참조에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 기초로 우선권을 주장한다.
[기술분야]
본 개시내용은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 집전체(current collector), 전극 시트, 및 집전체의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리들은 이동 전원 및 에너지 저장 분야에서 널리 사용된다. 사회의 발전에 따라, 전원들의 에너지 밀도에 대해 점점 더 높은 요건이 제기된다. 리튬 이온 배터리들의 에너지 밀도의 개선은 점점 더 긴급한 사안이 되고 있다.
관련 기술에서, 에너지 밀도를 개선하기 위한 가장 본질적인 해결책은 배터리 재료 시스템을 변경함으로써 에너지 밀도를 근본적으로 개선하는 것이다. 그러나, 짧은 시간 내에 배터리 재료의 혁신 및 상업적 적용을 실현하는 것은 매우 어렵다.
따라서, 제한된 기존 재료 시스템들을 고려할 때, 긴 주행 거리 요건을 충족시키기 위해 집전체 구조체의 기술적 혁신에 기초하여 더 높은 에너지 밀도를 갖는 배터리를 설계하는 방법은 항상 고려되고 있고 업계에서 긴급하게 해결될 필요가 있는 문제이다.
본 개시내용의 목적은 집전체, 전극 시트, 및 집전체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제1 양태에서, 집전체가 제공된다. 집전체는:
서로 대향하여 배열된 제1 표면과 제2 표면을 갖는 지지층;
지지층의 제1 표면 및/또는 제2 표면 상에 분포된 그리드 구조체를 갖는 제1 전기 전도층(electrically conductive layer);
지지층으로부터 떨어진 제1 전기 전도층의 표면 상에 배열된 제2 전기 전도층을 포함한다.
선택적으로, 제1 전기 전도층은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는다.
선택적으로, 지지층은 0.1μm 내지 20μm 범위의 두께를 갖는다.
선택적으로, 집전체는 1μm 내지 100μm 범위의 두께를 갖는다.
선택적으로, 그리드 구조체는 내지 범위의 면적을 갖는 그리드 구멍들을 포함한다.
그리드 구조체는 0.1mm 내지 50mm 범위의 폭을 갖는 그리드 벽들에 의해 정의되는 그리드 구멍들을 포함한다.
선택적으로, 제2 전기 전도층은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는다.
선택적으로, 지지층은 기공(pore)들을 갖는 열가소성 탄성체 층(thermoplastic elastomer layer)이다.
선택적으로, 집전체는 지지층의 제1 표면 또는 제2 표면 상에 분포된 그리드 구조를 갖는 제3 전기 전도층을 추가로 포함한다.
선택적으로, 제1 전기 전도층은 지지층의 제1 표면 상에 분포되고, 제3 전기 전도층은 지지층의 제2 표면 상에 분포된다.
선택적으로, 제1 전기 전도층은 지지층의 제2 표면 상에 분포되고, 제3 전기 전도층은 지지층의 제1 표면 상에 분포된다.
선택적으로, 제2 전기 전도층은 지지층으로부터 떨어진 제3 전기 전도층의 표면 상에 제공된다.
선택적으로, 제1 전기 전도층은 금속 성분이고, 제3 전기 전도층은 금속 성분이다.
본 개시내용의 제2 양태에서, 전극 시트가 제공된다. 전극 시트는 제1 양태에 따른 집전체, 및 제2 전기 전도층 상에 형성된 전극 슬러리 층(electrode slurry layer)을 포함한다.
본 개시내용의 제3 양태에서, 집전체의 제조 방법이 제공된다. 집전체의 제조 방법은 하기 단계들을 포함한다:
지지층을 제공하는 단계;
프린팅(印刷技術), 프린팅(打印技術), 퇴적, 및 마그네트론 스퍼터링 중 적어도 하나에 의해 지지층의 제1 표면 및/또는 제2 표면 상에 제1 전기 전도층을 형성하는 단계 - 제1 전기 전도층은 지지층 상에 분포된 그리드 구조체를 가짐 -;
제1 전기 전도층의 전체 표면 상에 제2 전기 전도층을 형성하는 단계; 및
제2 전기 전도층을 건조시켜, 제1 전기 전도층의 표면 상의 제2 전기 전도층을 응고시킴으로써, 집전체를 준비하는 단계.
본 개시내용의 하나의 기술적 효과는 집전체가 제공된다는 것이다. 집전체는 지지층, 그리드 구조체를 갖는 제1 전기 전도층 및 제1 전기 전도층 상에 형성된 제2 전기 전도층을 포함한다. 지지층을 제공함으로써, 집전체의 강도 요건이 충족되고, 제1 전기 전도층 및 제2 전기 전도층에 의해 집전체의 전기 전도도(electrical conductivity)가 달성된다. 본 개시내용의 실시예에서, 제1 전기 전도층은 지지층 상에 형성된 그리드 구조체를 가지므로, 집전체의 단위 면적 당 중량을 감소시키고, 배터리의 에너지 밀도를 향상시킨다. 그리드 구조체를 갖는 제1 전기 전도층은 지지층 상에 형성되고, 집전체 전체는 다공성 구조를 가질 수 있고, 다공성 집전체는 집전체의 두께에 수직인 방향으로 이온들에 대해 투과성이며, 즉, 집전체는 리튬 이온들이 관통하는 것을 허용하고, 따라서 집전체의 응용 시나리오들을 증가시킨다.
본 개시내용의 다른 특징들 및 이점들은 도면들을 참조하는 본 개시내용의 예시적인 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 개시내용의 실시예들을 도시하고, 본 개시내용의 원리를 설명하기 위해 명세서와 함께 사용된다.
도 1은 본 개시내용에 따른 집전체의 제1 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용에 따른 집전체의 제2 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용에 따른 집전체의 제3 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시내용에 따른 집전체의 제4 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용에 따른 집전체의 제5 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용에 따른 집전체의 제6 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용에 따른 제1 전기 전도층의 개략적 구조도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용에 따른 집전체의 제조 방법의 흐름도를 도시한다.
참조 번호들의 리스트:
1. 지지층; 11. 제1 표면; 12. 제2 표면; 2. 제1 전기 전도층; 3. 제2 전기 전도층; 4. 제3 전기 전도층; 20. 그리드 구조체; 201. 그리드 구멍; 202. 그리드 벽.
도 1은 본 개시내용에 따른 집전체의 제1 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용에 따른 집전체의 제2 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용에 따른 집전체의 제3 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시내용에 따른 집전체의 제4 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용에 따른 집전체의 제5 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용에 따른 집전체의 제6 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용에 따른 제1 전기 전도층의 개략적 구조도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용에 따른 집전체의 제조 방법의 흐름도를 도시한다.
참조 번호들의 리스트:
1. 지지층; 11. 제1 표면; 12. 제2 표면; 2. 제1 전기 전도층; 3. 제2 전기 전도층; 4. 제3 전기 전도층; 20. 그리드 구조체; 201. 그리드 구멍; 202. 그리드 벽.
본 개시내용의 다양한 예시적인 실시예들이 이제 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 실시예들에서 설명된 컴포넌트들 및 단계들의 상대적 배열, 수치 표현, 및 수치 값은 본 개시내용의 범위를 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
적어도 하나의 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명들은 단지 예시적이며, 본 개시내용 및 그 적용 또는 사용에 대한 임의의 제한을 어떤 식으로든 구성하지 않는다.
본 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지된 기술들 및 디바이스들은 상세히 논의되지 않을 수 있지만, 적절한 경우, 기술들 및 디바이스들은 명세서의 일부로서 고려되어야 한다.
본 명세서에 도시되고 논의된 모든 예들에서, 임의의 특정 값은 제한으로서가 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 예시적인 실시예들의 다른 예들은 상이한 값들을 가질 수 있다.
유사한 참조 번호들 및 문자들은 이하의 도면들에서 유사한 아이템들을 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 일단 아이템이 도면에서 정의되면, 그것은 다음의 도면들에서 더 논의될 필요가 없다.
따라서, 현재 제한된 기존 재료 시스템들을 감안하여, 산업계에서 배터리의 에너지 밀도를 개선하기 위해 배터리 내의 비활성 성분들의 비율을 감소시키려는 노력들이 이루어지고 있다. 다공성 집전체 기술은 비활성 성분들의 비율을 감소시키기 위한 핵심 기술이며, 이 기술은 또한 배터리의 에너지 밀도를 개선할 수 있다. 현재, 다공성 집전체의 유형은 발포 금속 시트, 천공된 금속 포일(perforated metal foil), 및 탄소 섬유 시트 등을 포함한다. 기존의 다공성 집전체 기술에서, 발포 금속 시트는 큰 두께 및 단위 면적 당 높은 중량을 가져서, 배터리의 비에너지 밀도를 감소시키고; 천공된 금속 포일은 높은 천공 비용이라는 문제를 갖는다. 집전체의 강도는 천공된 구멍이 더 클 때 심각하게 감소한다. 탄소 섬유 천과 같은 탄소 섬유 시트들은 부서지기 쉽고 고가이다.
상기 기술적 문제들을 고려하여, 본 개시내용의 제1 양태에서 집전체가 제공된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 집전체는: 지지층(1), 제1 전기 전도층(2) 및 제2 전기 전도층(3)을 포함한다.
지지층(1)은 서로 대향하여 배열된 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)을 갖는다. 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는다. 제2 전기 전도층(3)은 지지층(1)으로부터 떨어진 제1 전기 전도층(2)의 표면 상에 제공된다.
다시 말해서, 집전체는 주로 지지층(1), 제1 전기 전도층(2) 및 제2 전기 전도층(3)을 포함한다. 지지층(1)은 집전체의 강도가 배터리의 조립 요건을 충족시키는 것을 보장하는 구조적 강도를 갖는다. 게다가, 지지층(1)은 기공들을 가져서, 리튬 이온들이 통과하는 것을 허용한다. 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1) 상에 형성되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 형성된다. 전기 전도층은 그리드 구조체를 갖도록 형성되어, 집전체 전체가 다공성 구조를 가져서, 리튬 이온들이 통과하는 것을 허용하고 집전체의 리튬 이온 투과 능력을 보장한다. 다공성 집전체는 리튬 이온이 그것의 2차원 평면에 수직인 방향(즉, 다공성 집전체의 두께 방향)으로 관통하는 것을 허용하고, 따라서 응용 시나리오들을 넓힌다. 예를 들어, 집전체는 전기화학적 리튬 보충에 적용될 수 있다.
실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 형성되고, 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에는 어떠한 전기 전도층도 제공되지 않아서, 제1 집전체를 형성한다. 제1 집전체는 지지층(1), 제1 전기 전도층(2) 및 제2 전기 전도층(3)만을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 형성되고, 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에는 어떠한 전기 전도층도 제공되지 않아서, 제1 집전체를 형성한다. 도 2에 도시된 제1 집전체의 구조는, 제1 전기 전도층(2)이 지지층(1)의 상이한 표면들 상에 제공된다는 점에서 도 1에 도시된 제1 집전체의 구조와 상이하다.
또 다른 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖고, 제2 전기 전도층은 2개의 제1 전기 전도층(2) 상에 제각기 형성되어, 제1 집전체를 형성한다. 도 3에 도시된 제1 집전체의 구조는, 도 3에 도시된 제1 집전체에서, 제1 전기 전도층(2)이 지지층(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 양자 상에 형성된다는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 제1 집전체의 구조와 상이하고; 및 도 1 및 도 2에 도시된 제1 집전체에서, 제1 전기 전도층(2)은 단지 지지층(1)의 제1 표면(11) 또는 제2 표면(12) 상에 형성된다.
본 개시내용의 실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는다. 제1 전기 전도층(2)이 그리드 구조체(20)를 가지므로, 리튬 이온들은 그리드 구조체(20)의 그리드 구멍들을 쉽게 통과할 수 있다. 한편, 제1 전기 전도층(2)의 그리드 구조체는 리튬 이온들의 정상 침투를 보장하고; 다른 한편, 제1 전기 전도층(2)의 그리드 구조체(20)는 집전체의 단위 면적 당 중량을 감소시켜, 배터리의 에너지 밀도를 향상시키고 집전체의 내부 저항을 감소시켜, 외부 출력을 위한 더 큰 전류를 형성한다. 제1 전기 전도층(2)은 전기 전도성이어서, 집전체의 전기 전도도(electrical conductivity)를 보장한다. 따라서, 그리드 구조체를 갖는 제1 전기 전도층(2)은 집전체의 전자 수집 능력 및 리튬 이온 투과 능력을 보장한다.
제2 전기 전도층(3)은 지지층(1)으로부터 떨어진 제1 전기 전도층(2)의 표면 상에 제공된다. 제2 전기 전도층(3)은 리튬 이온들의 침투를 방해하지 않고서 집전체의 전자 전도도를 더 향상시킨다. 특히, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2)의 전체 표면 상에 제공된다. 그리드 벽(202) 상의 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2)과 협력하여 (예를 들어, 그리드 영역을 커버하는 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2)의 결핍을 보상함), 집전체의 전자 수집 능력 및 리튬 이온 투과 능력을 보장한다. 특히, 제3 전기 전도층(3)은, 리튬 이온 투과를 방해하지 않고서, 그리드 내의 중공 영역(hollowed-out area)들에서 전자들을 수집한다.
본 개시내용의 실시예에 따른 집전체는 높은 강도, 경량, 우수한 전기 전도도, 및 또한 다공성 구조를 가져서, 리튬 이온들의 정상 투과를 보장한다.
실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는다. 선택적으로, 제1 전기 전도층(2)은 1μm 내지 10μm 범위의 두께를 갖는다.
실시예에서, 지지층(1)은 0.1μm 내지 20μm 범위의 두께를 갖는다. 선택적으로, 지지층(1)은 5μm 내지 15μm 범위의 두께를 갖는다.
실시예에서, 제2 전기 전도층(3)은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는다. 선택적으로, 제2 전기 전도층(3)은 5μm 내지 20μm 범위의 두께를 갖는다.
실시예에서, 집전체는 1 μm 내지 100 μm의 범위의 두께를 갖는다. 선택적으로, 집전체는 15 μm 내지 50 μm 범위의 두께를 갖는다.
특히, 이 실시예에서, 제1 전기 전도층(2)의 두께가 정의된다. 집전체의 전체 전기 전도도 및 이온 투과 성능을 고려하면, 제1 전기 전도층(2)의 두께는 이 범위로 설정되며, 이는 집전체의 단위 면적 당 중량을 감소시키고, 비활성 재료들의 비율을 감소시키며, 배터리의 에너지 밀도를 개선하는 한편, 집전체의 전체 두께는 영향을 받지 않는다.
이 실시예에서, 지지층(1)의 두께가 정의된다. 지지층(1)의 두께를 이 범위로 제어함으로써, 집전체의 단위 면적 당 중량이 감소되고, 비활성 재료들의 비율이 감소되고, 배터리에 사용될 때 배터리의 에너지 밀도가 개선되는 한편, 집전체의 전체 강도는 영향을 받지 않는다.
이 실시예에서, 제2 전기 전도층(3)의 두께가 정의된다. 제2 전기 전도층(3)의 두께는 집전체의 전자 수집 능력 및 리튬 이온 투과 능력에 있어서 제1 전기 전도층(2)의 도움에 영향을 미친다. 제2 전기 전도층(3)의 두께가 감소함에 따라, 집전체의 전자 수집 능력이 감소하고, 리튬 이온 투과 능력이 증가하고; 또는 그렇지 않으면, 집전체의 전자 수집 능력이 증가하고, 리튬 이온 투과 능력이 감소한다. 이 실시예에서, 제2 전기 전도층(3)의 두께를 이 범위 내에서 제어함으로써, 집전체의 정상적인 전자 수집 능력 및 리튬 이온 투과 능력이 효과적으로 개선될 수 있다.
이 실시예에서, 지지층(1), 제1 전기 전도층(2) 및 제2 전기 전도층(3)의 두께는, 준비된 집전체의 두께가 합리적인 범위 내에서 정의되도록 정의된다. 이 실시예에서, 이 범위 내에서 집전체의 두께를 정의함으로써, 한편으로 집전체의 전체 전기 전도도가 보장되고; 다른 한편, 비활성 재료들의 비율이 감소되어, 배터리의 에너지 밀도를 보장한다.
실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 그리드 구조체(20)는 어레이로 배열된 여러 개의 그리드 구멍(201)을 포함하고, 그리드 구멍(201) 각각은 내지 범위의 면적을 갖는다.
또한, 특히, 그리드 구멍(201)은 그리드 벽들(202)에 의해 정의되고, 그리드 벽(202)은 0.1mm 내지 50mm 범위의 벽 두께를 갖는다.
특히, 그리드 벽(202)의 벽 두께는 제1 전기 전도층(2)의 전기 전도도 및 단위 면적 당 중량에 영향을 미친다. 제1 전기 전도층(2)의 전기 전도도와 제1 전기 전도층(2)의 단위 면적 당 중량의 균형을 맞추기 위해, 이 실시예에서 그리드 벽(202)의 벽 두께가 정의된다. 이 범위에서 그리드 벽(202)의 두께를 정의함으로써, 제1 전기 전도층(2)의 단위 면적 당 중량이 감소되고, 배터리의 에너지 밀도가 향상되고; 집전체의 전기 전도도가 보장된다.
실시예에서, 그리드 구조체는 어레이로 배열된 여러 개의 그리드 구멍(201)을 포함하고, 그리드 구멍들(201)은 어레이 형태로 지지층(1) 상에 분포된다. 그리드 구멍(201)은 직사각형 구멍, 원형 구멍, 및 다이아몬드 구멍 등일 수 있고, 그리드 구멍(201)의 형상은 이 실시예에서 특별히 제한되지 않는다. 실시예에서, 각각의 그리드 구멍(201)은 내지 범위의 면적을 갖는다. 선택적으로, 각각의 그리드 구멍(201)은 내지 범위의 면적을 갖는다.
특히, 그리드 구멍(201)의 면적은 제1 전기 전도층(2)의 전기 전도도 및 집전체의 단위 면적 당 중량에 영향을 미친다. 제1 전기 전도층(2)의 전기 전도도와 제1 전기 전도층(2)의 단위 면적 당 중량의 균형을 맞추기 위해, 이 실시예에서 그리드 구멍(201)의 면적이 정의된다. 연구에 따르면, 이 범위에서 그리드 구멍(201)의 면적을 정의함으로써, 제1 전기 전도층(2)의 단위 면적 당 중량이 감소되고, 배터리의 에너지 밀도가 향상되고, 집전체의 전기 전도도가 보장된다.
실시예에서, 지지층(1)은 기공들을 갖는 열가소성 탄성체 층이다.
특히, 지지층(1)은 기판이고, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1) 상에 형성되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 형성된다. 지지층(1)은 기공들을 갖는 열가소성 탄성체 층이다. 예를 들어, 기공들이 지지층(1) 상에 형성되고, 여기서 기공들의 직경은 100μm 미만이다.
이 실시예에서, 지지층(1)은 집전체의 구조적 강도를 개선하기 위해 기공들을 갖는 열가소성 탄성체 층이다.
특히, 열가소성 탄성체 층은 구체적으로 폴리올레핀 열가소성 탄성층, 폴리우레탄 열가소성 탄성층 또는 폴리아미드 열가소성 탄성층 중 하나이다. 지지층(1)은 또한 폴리올레핀 열가소성 탄성층, 폴리우레탄 열가소성 탄성층 또는 폴리아미드 열가소성 탄성층 중 적어도 2개를 물리적으로 가압함으로써 형성되는 복합 필름 층일 수 있다.
특정 실시예에서, 지지층(1)의 재료는 리튬 배터리의 분리기의 재료와 동일하며, 따라서 집전체의 강도를 보장하고, 배터리 생산의 요건들을 충족시키고, 리튬 이온들의 정상 침투를 보장한다.
실시예에서, 그리드 구조체를 갖는 제1 전기 전도층(2)은 퇴적에 의해 지지층(1)의 표면 상에 형성된다.
실시예에서, 제2 전기 전도층(3)은 도전제(conductive agent) 및 바인더(binder)를 포함한다. 도전제와 바인더는 균일하게 혼합된 다음 제1 전기 전도층(2)의 표면에 도포되어 제2 전기 전도층(3)을 형성한다.
특히, 도전제는 카본 블랙, 카본 나노튜브 또는 그래핀 중 하나이다. 바인더는 전기 전도성 바인더이고, 바인더는 구체적으로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 바인더, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더, 카르복시메틸 셀룰로스(CMC) 바인더 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 바인더이다.
바인더는 0.5:99.5 내지 50:50의 중량비로 도전제와 혼합되고, 용매(NMP, 물 등)가 첨가되어 슬러리를 준비한 다음, 슬러리가 제1 전기 전도층(2)의 표면 상에 코팅되어 제2 전기 전도층(3)을 형성한다.
실시예에서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 집전체는 제3 전기 전도층(4)을 추가로 포함한다. 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 또는 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는다.
제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포된다. 대안적으로, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포된다. 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 또는 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 가지며, 제2 전기 전도층(3)은 지지층(1)으로부터 떨어진 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 제공된다.
특히, 집전체는 제3 전기 전도층(4)을 추가로 포함한다. 실시예에서, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2)의 표면 및 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 제각기 형성되어, 제3 집전체를 형성한다. 제3 집전체는 지지층(1), 제1 전기 전도층(2), 제2 전기 전도층(3) 및 제3 전기 전도층(4)을 포함한다.
대안적으로, 실시예에서, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2)의 표면 및 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 제각기 형성되어, 제3 집전체를 형성한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포된다. 이 경우, 집전체는 2개의 표면 상에 양극 또는 음극 슬러리로 제각기 도포되고, 그 후 배터리 코어로서 사용하기 위해 절단된다.
대안적으로, 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 가지고, 제2 전기 전도층(3)은 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 형성되고, 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에는 어떠한 전도층도 제공되지 않아서, 제2 집전체를 형성한다. 제2 집전체는 지지층(1), 제3 전기 전도층(4) 및 제2 전기 전도층(3)만을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖고, 제2 전기 전도층(3)은 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 형성되고, 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에는 어떠한 전도층도 제공되지 않아서, 제2 집전체를 형성한다.
또 다른 실시예에서, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖고, 제2 전기 전도층(3)은 2개의 제3 전기 전도층(4)의 표면들 상에 제각기 형성되어, 제2 집전체를 형성한다.
특정 실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 양극 전도층이고, 제3 전기 전도층(4)은 음극 전도층이다. 특히, 지지층(1)은 이온 전도성을 가질 뿐이고 전자 전도성을 갖지 않으며, 배터리의 분리기로서 간주될 수 있다. 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 어느 한 측에 위치된 양극 전도층이고, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 또 다른 측에 위치된 음극 전도층이다. 대안적으로, 제1 전기 전도층(2)은 음극 전도층이고, 제3 전기 전도층(4)은 양극 전도층이다. 이 실시예에서는, 제1 전기 전도층(2)이 양극 전도층이고, 제3 전기 전도층(4)이 음극 전도층인 예를 들어, 설명이 이루어진다. 예를 들어, 양극 전도층은 알루미늄 그리드 구조체이고, 음극 전도층은 구리 그리드 구조체이다.
실시예에서, 양극 전도층은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 양극 전도층 상에 형성되어, 양극 집전체를 형성한다. 대안적으로, 양극 전도층은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 양극 전도층 상에 형성되어, 양극 집전체를 형성한다. 대안적으로, 양극 전도층은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 양극 전도층 상에 형성되어 양극 집전체를 형성한다. 즉, 집전체는 양극 집전체이다.
실시예에서, 음극 전도층은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 음극 전도층 상에 형성되어 음극 집전체를 형성한다. 대안적으로, 음극 전도층은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 음극 전도층 상에 형성되어 음극 집전체를 형성한다. 대안적으로, 음극 전도층은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 음극 전도층 상에 형성되어, 음극 집전체를 형성한다. 즉, 제2 집전체는 음극 집전체이다.
실시예에서, 지지층(1)은 이온 전도성일 뿐이고 전자 전도성이 아니며, 배터리의 분리기로서 간주될 수 있다. 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 어느 한 측에 위치된 양극 전도층이고, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 또 다른 측에 위치된 음극 전도층이다. 예를 들어, 양극 전도층은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 양극 전도층 상에 형성되고; 동시에, 음극 전도층은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 음극 전도층 상에 형성되어 제3 집전체를 형성한다. 즉, 제3 집전체는 양극 집전체 및 음극 집전체와 통합되는 구조체이다.
실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 금속 컴포넌트이고, 제3 전기 전도층(4)은 금속 컴포넌트이다.
특히, 제1 전기 전도층(2) 및 제3 전기 전도층(4)은 둘 다 금속 그리드 컴포넌트들이다. 제1 전기 전도층(2)은 양극 전도층일 수 있고, 제3 전기 전도층(4)은 음극 전도층일 수 있다. 대안적으로, 제1 전기 전도층(2)은 음극 전도층일 수 있고, 제3 전기 전도층(4)은 양극 전도층일 수 있다.
제1 전기 전도층(2)이 양극 전도층일 때, 제1 전기 전도층(2)은 알루미늄 컴포넌트이다. 예를 들어, 그리드 구조체(20)를 갖는 제1 전기 전도층(2)은 알루미늄 컴포넌트에 의해 형성된다.
제3 전기 전도층(4)이 음극 전도층일 때, 제3 전기 전도층(4)은 구리 컴포넌트이다. 예를 들어, 그리드 구조체(20)를 갖는 제3 전기 전도층(4)은 구리 컴포넌트에 의해 형성된다.
리튬 이온 배터리에서, 양극은 고전위를 갖는다. 알루미늄의 산화물 층은 비교적 조밀하고, 집전체의 산화를 방지할 수 있다. 구리는 고전위에서 리튬 인터칼레이션(lithium intercalation)을 겪을 것이고, 양극 전도층으로서 적합하게 사용되지는 않는다. 그러므로, 양극 전도층은 일반적으로 알루미늄 포일이다. 음극은 저전위를 갖고, 알루미늄은 저전위에서 Al-Li 합금을 형성하는 경향이 있다. 따라서, 음극 전도층은 일반적으로 구리 포일이다. 구리 포일 및 알루미늄 포일은 교환가능하지 않다.
본 개시내용의 제2 양태에서, 전극 시트가 제공된다. 전극 시트는 제1 양태에 따른 집전체, 및 전극 슬러리 층을 포함한다. 전극 슬러리 층은 제2 전기 전도층(3) 상에 형성된다. 예를 들어, 전극 슬러리 층은 제2 전기 전도층(3) 상에 코팅되거나 분무된다. 전극 시트는 양극 시트 및 음극 시트를 포함한다.
실시예에서, 전극 슬러리 층은 전극 활성 재료, 도전제, 및 바인더를 포함한다. 활성 재료는 배터리에 사용하기 위한 양극 활성 재료 또는 음극 활성 재료이다. 예를 들어, 양극 활성 재료는 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 철 인산염 및 3원 재료(ternary material) 등 중 하나를 포함한다. 음극 활성 재료는 탄소 재료를 포함한다. 예를 들어, 음극 활성 재료는 흑연이다. 예를 들어, 도전제는 카본 블랙, 카본 나노튜브 또는 그래핀 중 하나를 포함한다. 예를 들어, 바인더는 전기 전도성 바인더이다. 예를 들어, 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 바인더, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바인더, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 바인더이다.
실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 형성되어, 제1 집전체를 형성한다. 양극 슬러리 층이 제1 집전체 상에 제공되어 제1 전극 시트를 형성한다. 즉, 제1 전극 시트는 양극 시트이다.
실시예에서, 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 형성되어, 제2 집전체를 형성한다. 음극 슬러리 층이 제2 집전체 상에 제공되어 제2 전극 시트를 형성한다. 즉, 제2 전극 시트는 음극 시트이다.
실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제1 전기 전도층(2) 상에 제공되고, 양극 슬러리 층은 제2 전기 전도층(3) 상에 제공되고; 제3 전기 전도층(4)은 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 제2 전기 전도층(3)은 제3 전기 전도층(4) 상에 형성되고, 음극 슬러리 층은 제2 전기 전도층(3) 상에 형성되어, 양극 시트와 음극 시트가 통합되도록 한다. 양극 시트와 음극 시트를 통합하는 구조가 제3 전극 시트로서 정의된다. 제3 전극 시트에서, 지지층은 배터리 내의 분리기 구조체에 대응하고, 지지층은 단지 이온 전도성이고 전자 전도성은 아니다.
실시예에서, 배터리 코어가 제공된다. 배터리 코어는 양극 시트, 음극 시트, 및 양극 시트와 음극 시트 사이에 제공된 분리기를 포함한다. 양극 시트와 음극 시트가 별개의 구조체들일 때, 양극 시트, 분리기, 및 음극 시트는 감겨져서 배터리 코어를 형성한다. 대안적으로, 단면 양극 시트의 활성 재료 층은 단면 음극 시트에서의 지지층(1)의 표면에 부착되고, 감겨져서 배터리 코어를 형성한다. 이 실시예에서, 배터리 코어의 집전체의 두께가 더 감소되고, 배터리의 에너지 밀도가 개선된다.
양극 시트와 음극 시트가 하나의 조각이 되도록 통합될 때, 배터리 코어는 다중의 제3 전극 시트를 포함하고, 인접한 제3 전극 시트들 사이에 분리기가 제공된다.
본 개시내용의 제3 양태에서, 집전체의 제조 방법이 제공된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 집전체의 제조 방법은 하기 단계들을 포함한다:
S101: 지지층(1)을 제공하는 단계;
S102: 프린팅(印刷技術), 프린팅(打印技術), 퇴적, 및 마그네트론 스퍼터링 중 적어도 하나에 의해 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 제1 전기 전도층(2)을 형성하는 단계 - 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 가짐 -;
S103: 제1 전기 전도층(2)의 전체 표면 상에 슬러리를 도포하여 제2 전기 전도층(3)을 형성하는 단계; 및
S104: 제2 전기 전도층(3)을 건조하여, 제1 전기 전도층(2)의 표면 상의 제2 전기 전도층(3)을 응고시킴으로써, 집전체를 준비하는 단계.
특히, 지지층(1)은 집전체의 구조적 강도를 개선하기 위해 기공들을 갖는 열가소성 탄성체 층이다.
특히, 열가소성 탄성체 층은 구체적으로 폴리올레핀 열가소성 탄성층, 폴리우레탄 열가소성 탄성층 또는 폴리아미드 열가소성 탄성층 중 적어도 하나이다. 지지층(1)은 또한 폴리올레핀 열가소성 탄성층, 폴리우레탄 열가소성 탄성층 또는 폴리아미드 열가소성 탄성층 중 적어도 2개를 물리적으로 가압함으로써 형성되는 복합 필름 층일 수 있다.
특정 실시예에서, 지지층(1)의 재료는 리튬 배터리의 분리기의 재료와 동일하며, 따라서 집전체의 강도를 보장하고, 배터리 생산의 요건들을 충족시키고, 리튬 이온들의 정상 침투를 보장한다.
단계 S102에서, 제1 전기 전도층(2)은 예를 들어, 스크린 프린팅에 의해 지지층(1) 상에 프린팅된다. 대안적으로, 제1 전기 전도층(2)은 3D 프린팅에 의해 지지층(1) 상에 프린팅된다. 대안적으로, 제1 전기 전도층(2)은 퇴적에 의해 지지층(1) 상에 형성되거나, 또는 제1 전기 전도층(2)은 마그네트론 스퍼터링에 의해 지지층(1) 상에 형성된다.
특정 실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 하기 공정들에 의해 획득될 수 있다:
1) 그리드 구조체(20)가 지지층(1) 상에 프린팅되고, 그 후 금속 그리드 구조체가 물리 기상 퇴적, 화학 기상 퇴적, 전기화학 퇴적, 및 마그네트론 스퍼터링 중 적어도 하나에 의해 형성되고; 제1 전기 전도층(2)은 세정되고 건조된다.
2) 제1 전기 전도층(2)이 프린팅 또는 3D 프린팅에 의해 지지층(1) 상에 직접 형성되고 건조된다.
3) 그리드 구조체(20)가 지지층(1) 상에 프린팅되고, 금속층이 그리드 구조체(20) 상에 전기도금된 다음, 세척되고 건조된다. 전기도금된 금속층은 제1 전기 전도층(2)의 전기 전도도를 증가시키도록 작용한다.
특히, 이 실시예에서, 지지층(1) 상에 제1 전기 전도층을 형성하는 공정은, 형성된 제1 전기 전도층(2)이 그리드 구조체(20)를 갖고 제1 전기 전도층(2)의 두께 및 그리드 크기가 충족되는 한, 특별히 제한되지 않는다. 제3 전기 전도층(4)은 제1 전기 전도층(2)과 동일한 방식으로 지지층(1) 상에 형성된다.
단계 103에서, 제2 전기 전도층(3)은 스프레이 또는 코팅에 의해 제1 전기 전도층(2) 상에 형성될 수 있다. 분무 또는 코팅에 의한 제2 전기 전도층(3)의 형성은 제2 전기 전도층(3)의 두께의 제어를 용이하게 한다.
단계 104에서, 제2 전기 전도층(3)을 건조하기 전에, 제2 전기 전도층(3)이 롤링되어, 제2 전기 전도층(3)의 평탄도를 보장한다. 예를 들어, 제1 전기 전도층(2)의 표면 상의 제2 전기 전도층(3)은 100 내지 150°C에서 5-12시간 동안 유지함으로써 응고될 수 있다.
본 개시내용의 실시예는 집전체를 제공한다. 집전체는 지지층(1), 그리드 구조체(20)를 갖는 제1 전기 전도층(2), 및 제1 전기 전도층(2) 상에 형성된 제2 전기 전도층(3)을 포함한다. 지지층(1)을 제공함으로써 집전체의 강도 요건이 충족되고, 제1 전기 전도층(2) 및 제2 전기 전도층(3)에 의해 집전체의 전기 전도도가 달성된다. 본 개시내용의 실시예에서, 제1 전기 전도층(2)은 지지층(1) 상에 형성된 그리드 구조체(20)를 가지며, 따라서 집전체의 단위 면적 당 중량을 감소시키고, 배터리의 에너지 밀도를 개선한다.
본 실시예에서 준비된 집전체의 성능 및 집전체를 사용하여 준비된 배터리의 성능은 구체적인 예를 들어 검증된다.
예 1:
1) 그리드들이 5 μm 두께의 폴리프로필렌 지지층의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 프린팅되었다(프린팅 슬러리는 1:9의 중량비로 혼합된 CMC 및 실리카에 물을 첨가함으로써 준비되었고, 그리드들은 프린팅 후에 건조되었다). 알루미늄은 물리 기상 퇴적에 의해 그리드들로 프린팅된 지지층 상에 퇴적되고, 세정되고(지지층 상에 프린팅된 그리드들은 세정 프로세스에서 용해되고 제거됨), 건조되어, 제1 전기 전도층(2)을 형성한다. 퇴적된 알루미늄의 두께는 5μm이고, 그리드 구멍은 1cm의 측 길이를 갖는 정사각형이고, 간격은 1mm이다.
NMP가 5:95의 중량비로 혼합된 PVDF 및 탄소 나노튜브들에 첨가되어 균일한 슬러리를 준비하였고, 슬러리가 2개의 제1 전기 전도층 상에 코팅되어, 제1 전기 전도층 상에 제2 전기 전도층을 형성하였다. 건조 및 롤링 후, 다공성 집전체가 획득되었다. 다공성 집전체는 S1로 지정된 양극 집전체이다.
리튬 철 인산염(lithium iron phosphate), PVDF, 탄소 나노튜브, 및 카본 블랙을 95:2:1.5:1.5의 중량비로 혼합하고, 여기에 NMP를 첨가하여 양극 슬러리를 준비하였다. 양극 슬러리를 제2 전기 전도층상에 코팅하고, 건조하고, 롤링하고, 절단하여 양극 시트를 형성하였다. 양극 시트는 200g/m2의 면적 밀도를 갖는다.
2) 그리드들이 5 μm 두께의 폴리프로필렌 지지층의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 상에 프린팅되었다(프린팅 슬러리는 1:9의 중량비로 혼합된 CMC 및 실리카에 물을 첨가함으로써 준비되었고, 그리드들은 프린팅 후에 건조되었다). 구리는 물리 기상 퇴적에 의해 그리드들로 프린팅된 지지층(1) 상에 퇴적되고, 세정되고, 건조되어, 제1 전기 전도층(2)을 형성한다. 퇴적된 구리의 두께는 5μm이고, 그리드 구멍은 1cm의 측 길이를 갖는 정사각형이고, 간격은 1mm이다.
NMP가 5:95의 중량비로 혼합된 PVDF 및 탄소 나노튜브들에 첨가되어 균일한 슬러리를 준비하였고, 슬러리가 2개의 제1 전기 전도층 상에 코팅되어, 제1 전기 전도층 상에 제2 전기 전도층을 형성하였다. 건조 및 롤링 후, 다공성 집전체가 획득되었다. 다공성 집전체는 S2로 지정된 음극 집전체이다.
흑연 CMC, 탄소 나노튜브, 및 카본 블랙을 95:2:1.5:1.5의 중량비로 혼합하고, 여기에 NMP를 첨가하여 음극 슬러리를 준비하였다. 음극 슬러리는 제2 전기적 전기 전도층 상에 코팅되고, 건조되고, 롤링되고, 및 절단되어 음극 시트를 형성하였다. 음극 시트는 90g/m2의 면적 밀도를 갖는다.
3) 6.1cm * 7.2cm의 파우치 배터리가 상기 양극 시트 및 음극 시트로 준비되었고, 여기서 주입된 전해질 용액의 양은 2mL이었다. 침투, 형성, 에이징(aging), 및 용량 등급화 후에, 배터리는 0.5C에서 충전 및 방전 시험을 거쳤다.
비교예 1
리튬 철 인산염(lithium iron phosphate), PVDF, 탄소 나노튜브, 및 카본 블랙을 95:2:1.5:1.5의 중량비로 혼합하고, 여기에 NMP를 첨가하여 양극 슬러리를 준비하였다. 양극 슬러리를 10μm 두께의 알루미늄 포일 집전체(D1) 상에 코팅하고, 건조, 롤링 및 절단하여 양극 시트를 형성하였다. 양극 시트는 200g/m2의 면적 밀도를 갖는다.
흑연 CMC, 탄소 나노튜브 및 카본 블랙을 95:2:1.5:1.5의 중량비로 혼합하고, 여기에 물을 첨가하여 슬러리를 준비하였다. 슬러리를 10 μm 두께의 구리 포일 집전체(D2) 상에 코팅하고, 건조시키고, 롤링하고, 절단하여 음극 시트를 형성하였다. 음극 시트는 90g/m2의 면적 밀도를 갖는다.
6.1cm * 7.2cm의 파우치 배터리를 상기 전극 시트들로 준비하였고, 여기서 주입된 전해질 용액의 양은 2mL이었다. 침투, 형성, 에이징, 및 용량 등급화 후에, 배터리는 0.5C에서 충전 및 방전 시험을 거쳤다.
집전체들(S1, S2, D1, 및 D2)은 제각기 계량되었고, 단위 면적 당 중량이 계산되었다. 각각의 배터리는 실온에서 0.5C에서 3.8V로 정전류 충전된 다음, 배터리의 방전 용량 및 충전 용량이 기록되었다.
| 집전체 | 단위 면적 당 중량/g/m2 | 제1 방전 용량/mAh |
| S1 | 4 | 100 |
| S2 | 10 | |
| D1 | 41 | 102 |
| D2 | 73 |
비교를 통해, 본 개시내용에서 준비된 집전체의 단위 면적 당 중량은 관련 기술에서 사용된 집전체의 단위 면적 당 중량의 단지 10-15%이고, 따라서 배터리 내의 집전체의 중량 비율이 크게 감소된다는 것이 밝혀졌다. 게다가, 집전체는 우수한 성능을 가지며, 배터리 용량은 종래의 집전체의 98% 이상까지에 이른다.
상기 실시예들에서, 다양한 실시예들 사이의 차이점들이 주로 설명된다. 모순되지 않는 경우, 다양한 실시예들의 상이한 최적의 특징들이 조합되어 더 바람직한 실시예를 형성할 수 있으며, 이는 설명의 간결성을 고려하여 여기서 상세히 설명되지 않을 것이다.
본 개시내용의 일부 특정 실시예들이 예들로서 상세히 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 전술한 예들이 단지 설명을 위해 제공된 것이고, 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시내용의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 전술한 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
Claims (15)
- 집전체로서:
서로 대향하여 배열된 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)을 갖는 지지층(1);
제1 전기 전도층(2) - 상기 제1 전기 전도층(2)은 상기 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 가짐 -; 및
제2 전기 전도층(3) - 상기 제2 전기 전도층(3)은 상기 지지층(1)으로부터 떨어진 상기 제1 전기 전도층(2)의 표면 상에 제공됨 - 을 포함하는 집전체. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 전도층(2)은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는 집전체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지층(1)은 0.1μm 내지 20μm 범위의 두께를 갖는 집전체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전체는 1μm 내지 100μm 범위의 두께를 갖는 집전체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그리드 구조체(20)는 그리드 구멍들(201)을 포함하고, 상기 그리드 구멍(201)은 내지 범위의 면적을 갖는 집전체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그리드 구조체(20)는 그리드 구멍들(201)을 포함하고, 상기 그리드 구멍(201)은 그리드 벽들(202)에 의해 정의되고, 상기 그리드 벽(202)은 0.1mm 내지 50mm 범위의 벽 두께를 갖는 집전체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전기 전도층(3)은 0.1μm 내지 50μm 범위의 두께를 갖는 집전체.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지층(1)은 기공(pore)들을 갖는 열가소성 탄성체 층인 집전체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 전기 전도층(4)을 추가로 포함하고, 상기 제3 전기 전도층(4)은 상기 지지층(1)의 제1 표면(11) 또는 제2 표면(12) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 갖는 집전체.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 전기 전도층(2)은 상기 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되고, 상기 제3 전기 전도층(4)은 상기 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되는 집전체.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 전기 전도층(2)은 상기 지지층(1)의 제2 표면(12) 상에 분포되고, 상기 제3 전기 전도층(4)은 상기 지지층(1)의 제1 표면(11) 상에 분포되는 집전체.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전기 전도층(3)은 상기 지지층(1)으로부터 떨어진 상기 제3 전기 전도층(4)의 표면 상에 제공되는 집전체.
- 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전기 전도층(2)은 금속 컴포넌트이고, 상기 제3 전기 전도층(4)은 금속 컴포넌트인 집전체.
- 전극 시트로서, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 집전체 및 전극 슬러리 층을 포함하고, 상기 전극 슬러리 층은 상기 제2 전기 전도층(3) 상에 형성되는 전극 시트.
- 집전체의 준비 방법으로서 - 상기 집전체는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 집전체임 -:
지지층(1)을 제공하는 단계;
프린팅(印刷技術), 프린팅(打印技術), 퇴적, 및 마그네트론 스퍼터링 중 적어도 하나에 의해 상기 지지층(1)의 제1 표면(11) 및/또는 제2 표면(12) 상에 제1 전기 전도층(2)을 형성하는 단계 - 상기 제1 전기 전도층(2)은 상기 지지층(1) 상에 분포된 그리드 구조체(20)를 가짐 -;
상기 제1 전기 전도층(2)의 전체 표면 상에 제2 전기 전도층(3)을 형성하는 단계; 및
상기 제2 전기 전도층(3)을 건조시켜 상기 제2 전기 전도층(3)을 응고시킴으로써, 상기 집전체를 준비하는 단계를 포함하는 방법.
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